新方法将甲烷气体转化为液态甲醇。
一组研究人员在称为光氧化的过程中使用光和分散的过渡金属（如铜）成功地将甲烷转化为甲醇。 根据发表在该杂志上的一项研究，该反应是迄今为止在环境温度和压力（分别为 25 °C 和 1 bar）下将甲烷气体转化为液体燃料的最佳反应 化学通讯.
作为压力单位的术语 bar 来自希腊词，意思是重量（baros）。 一巴等于 100,000 帕斯卡 (100 kPa)，接近海平面的标准大气压 (101,325 Pa)。
该研究的发现是使天然气成为生产汽油和柴油替代燃料的能源的关键一步。 尽管天然气是一种化石燃料，但其转化为甲醇产生的二氧化碳 (CO2) 比同类其他液体燃料要少。
转化是在环境温度和压力条件下进行的，这可以使甲烷（一种强效温室气体）用于生产燃料。 学分：UFSCAR
甲醇在巴西的生物柴油生产和化学工业中至关重要，用于合成各种产品。
此外，从大气中收集甲烷对于减轻气候变化的负面影响至关重要，因为例如，这种气体导致全球变暖的潜力是二氧化碳的 25 倍。
“科学界对地球甲烷储量的规模存在很大争议。 根据一些估计，它们的能源潜力可能是所有其他化石燃料加起来的两倍。 在向可再生能源过渡的过程中，我们将不得不在某个时候利用所有这些甲烷，”该文章的第一作者 Marcos da Silva 告诉 Agência FAPESP。 席尔瓦是博士。 圣卡洛斯联邦大学 (UFSCar) 物理系的候选人。
该研究得到了 FAPESP、高等研究委员会（CAPES，教育部的一个机构）和国家科学技术发展委员会（CNPq，科学、技术和创新部的一个分支机构）的支持。
根据 UFSCar 教授、席尔瓦的论文顾问和该文章的最后作者 Ivo Freitas Teixeira 的说法，该研究中使用的光催化剂是一项关键创新。 “我们的团队通过在一个阶段氧化甲烷进行了重大创新，”他说。 “在化学工业中，这种转化是通过至少两个阶段在非常高的温度和压力条件下产生氢气和二氧化碳来实现的。 我们成功地在温和条件下获得甲醇，同时消耗更少的能源，这是向前迈出的重要一步。”
根据特谢拉的说法，这些结果为未来研究利用太阳能进行这种转换过程铺平了道路，有可能进一步减少其对环境的影响。
光触媒
在实验室中，科学家们使用非贵金属或富含地球的过渡金属，尤其是铜，合成了聚庚嗪酰亚胺 (PHI) 形式的结晶氮化碳，以生产活性可见光光催化剂。
然后，他们在以过氧化氢为引发剂的甲烷氧化反应中使用光催化剂。 铜-PHI 催化剂产生大量含氧液体产物，尤其是甲醇（每克材料 2,900 微摩尔，或四小时内 µmol.g-1）。
“我们发现了化学反应所必需的最佳催化剂和其他条件，例如使用大量的水和少量的过氧化氢，这是一种氧化剂，”特谢拉说。 “接下来的步骤包括更多地了解材料中的活性铜位点及其在反应中的作用。 我们还计划在反应本身中直接使用氧气来生产过氧化氢。 如果成功，这将使该过程更加安全和经济可行。”
该小组将继续调查的另一点与铜有关。 “我们使用分散的铜。 当我们写这篇文章时，我们不知道我们是在处理孤立的原子还是簇。 我们现在知道它们是集群，”他解释道。
在这项研究中，科学家们使用了纯甲烷，但在未来，他们将从生物质等可再生能源中提取气体。
据联合国称，自前工业时代以来，甲烷已造成约 30% 的全球变暖。 未来十年，人类活动产生的甲烷排放量可减少多达 45%，避免到 0.3 年上升近 2045°C。
使用光催化剂将甲烷转化为液体燃料的策略是新的，在商业上还没有，但它在短期内的潜力是巨大的。 “我们四年多前就开始了我们的研究。 我们现在的结果比 2017 年哈钦斯教授和他的小组的结果要好得多，这激发了我们自己的研究，”特谢拉说，他指的是发表在该杂志上的一项研究 科学 由隶属于美国和英国大学的研究人员，由美国大学教授 Graham Hutchings 领导 卡迪夫大学 在威尔士。
参考文献：
Marcos AR da Silva、Jéssica C. Gil、Nadezda V. Tarakina、Gelson TST Silva、José BG Filho、Klaus Krambrock、Markus Antonietti 的“在温和条件下由结晶碳氮化物上高度分散的 Cu 原子促进的选择性甲烷光氧化成甲醇”， Caue Ribeiro 和 Ivo F. Teixeira，31 年 2022 月 XNUMX 日， 化学通讯.
DOI：10.1039 / D2CC01757A
“含水 Au-Pd 胶体催化选择性 CH4 氧化成 CH3OH 与 O2 Nishtha Agarwal, Simon J. Freakley, Rebecca U. McVicker, Sultan M. Althahban, Nikolaos Dimitratos, Qian He, David J. Morgan, Robert L. Jenkins, David J. Willock, Stuart H. Taylor, Christopher J. Kiely 和 Graham J. Hutchings，7 年 2017 月 XNUMX 日， 科学.
DOI：10.1126/science.aan6515
