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合成甲烷催化劑

生活更新时间:2024-07-22 11:15:47

合成甲烷催化劑（挑戰催化界聖杯）1

基于銅修飾氮化碳的高效光催化甲烷直接轉化中科院上海矽酸鹽研究所供圖攝

中新網上海2月24日電 (鄭瑩瑩)中國科學院上海矽酸鹽研究所24日發布消息稱，該所的王文中研究員帶領科研團隊在甲烷的光催化轉化研究方面取得新進展，相關研究結果發表于Nature Communications，并申請中國發明專利一項，第一作者為中國科學院上海矽酸鹽所博士生周沅逸。

作為天然氣、頁岩氣等的主要成分，甲烷具有儲量相對豐富和價格低廉的優勢，在替代石油生産液體燃料和基礎化學品領域，是學術界和産業界研究和發展的核心之一。因為有着廣闊的前景和巨大的挑戰，甲烷的選擇性活化和定向轉化是世界性難題，被譽為是催化乃至化學領域的“聖杯”。

迄今為止，甲烷的轉化通常采用間接法：在高溫下通過水蒸氣重整将甲烷轉化為合成氣，再通過費托合成獲得多碳的基礎化學品；或由合成氣制備甲醇，再生産其它化學品。該轉化路線冗長，能耗高，過程中排放大量溫室氣體二氧化碳，不僅帶來環境負荷，也使總碳的利用率不到一半。因此，科學家一直在努力探索甲烷直接轉化利用的方法。

據介紹，光催化直接轉化可以打破傳統熱力學平衡的束縛，使甲烷的轉化可以在低溫常壓下進行。王文中研究團隊設計并制備出銅修飾氮化碳材料，實現甲烷向乙醇的光催化直接轉化，并對該過程的機制進行了較為深入的研究。

針對甲烷容易發生過度活化并徹底礦化的問題，研究團隊從活性氧物種的生成以及甲烷的吸附活化兩個角度出發，通過在氮化碳材料的有序空腔中進行銅修飾，不僅實現了羟基自由基的原位生成，還促進了材料對甲烷C-H鍵的活化以及對高活性中間物種的穩定。該材料表現出卓越的光催化甲烷轉化性能，深入研究表明，除了自由基機制以外，該材料中的銅物種與鄰近碳原子存在協同效應，使得轉化過程沿着甲烷-甲醇-乙醇的路徑進行。

該工作提出了溫和條件下甲烷向液體燃料直接轉化的新策略，有助于加深對多碳産物的形成機制的認識。相關研究工作得到了國家自然科學基金的資助和支持。(完)

來源：中國新聞網

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