斯坦福大学和比利时鲁汶大学的研究人员采用了来自大自然的“诱人”原理,在室温下将有害的甲烷转化为甲醇。研究结果已发表在《科学》杂志上,这可能是迈向以大量甲烷为原料的甲醇燃料经济性的重要一步,这一进步可能会改变全球天然气的使用。最简单的醇甲醇用于制造各种产品,如塑料和油漆,也用作汽油的添加剂。

甲醇富含氢气,可能成为新一代燃料电池的驱动力,从而带来巨大的环境效益。如果天然气的主要成分甲烷可以转化为甲醇,与天然气和纯氢相比,由此产生的液体燃料可以毫不费力地储存和运输。这也将大大减少管道和天然气加工厂的甲烷排放。目前,逸出的甲烷气体—一种比二氧化碳更有害的温室气体——几乎抵消了天然气相对于煤炭或石油的环境效益。该团队进行的新研究旨在推广一种从甲烷中生产甲醇的低能耗方法。

研究人员选择了两种有吸引力的铁沸石,并分析了铁周围晶格的物理结构。他们发现,根据周围晶体结构中孔的大小,反应性变化很大。研究人员将其称为“笼子效应”,因为封装的晶格类似于笼子。笼子中的大孔导致活性位点在一个反应​​循环后失活,并且它们不会再次重新激活。然而,较小的孔隙孔径在反应物和铁活性位点内协调精确的分子舞蹈-产生甲醇并立即再生活性位点。

科学家使用沸石在室温下将甲烷转化为甲醇-国投盛世

通过利用“笼子效应”,研究人员不断重新激活40%的失活位点,这是商业规模催化过程的重大概念进步。Snyder补充道,“催化循环——再生场地的持续再生——有朝一日可能会导致从天然气中持续、经济地生产甲醇。” Snyder在JeffreyR.Long的指导下进行他的研究。

基础科学中的这一重要步骤将阐明化学工程师和化学家在室温以下使用铁沸石生产甲醇的过程。但是,在工业化之前需要做大量的工作。斯奈德打算不仅在室温下而且在环境空气而不是其他氧气来源(如研究中的一氧化二氮)下实现这一过程。然而,作为一种高度氧化剂并且在化学反应中通常难以控制,氧气在路径上构成了挑战。

目前,Snyder对Solomon实验室中用于这项研究的先进光谱仪器的说明能力既惊讶又高兴。它们有助于他了解甲烷制甲醇过程中涉及的化学和化学结构。“如何从这些前几代化学家无法使用的工具中获得一些非常强大的原子级洞察力,比如笼子效应,真是太酷了”斯奈德总结道。