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MOF光催化工艺可在常温下将甲烷高效转换成甲醇

2022-07-01
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摘要 在 2022 年 6 月 30 日出版的《自然》杂志上,美国橡树岭国家实验室(ORNL)的一支研究团队,介绍了使用光催化剂在室温下将甲烷(CH₄)转化成甲醇(CH₃OH / CH₄O)的新方法。事实上,与常被人们提起的二氧化碳(CO₂)相比,甲烷的温室气体效应要高出 34 倍。因而若能将这项新技术推广开来,我们不仅能够帮助减少温室气体的排放、还找到了一种更清洁的方式来制造关键产品。

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(图自:ORNL / Jill Hemman)

在工业生产中,甲醇可作为燃料、塑料、建材等一系列产品的中间产物。但现阶段的主要问题,还是在于需要高温高压条件(能源密集型)来完成转换。

近年来,科学家们一直在积极试验新型催化剂,尤其是能够在常温常压下将甲烷转化成甲醇的技术路线 —— 比如钛 / 铜催化剂,以及改进的铁沸石晶体法。

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在这项新研究中,曼彻斯特大学携手 ORNL 研究人员,开发出了一种使用金属有机框架(MOF)作为催化剂的新技术 —— 不仅具有非常多孔的结构,其中包含的每种成分还都可在催化过程中发挥作用。

首先是将甲烷与氧气混入水中,然后连续流经 MOF 颗粒。接着将 MOF 暴露在阳光下引起化学反应,以将甲烷转化为液态甲醇,这样就能够轻松地从水中提取出来。

Found The holy grail of catalysis(via)

转化过程的关键,在于破坏甲烷中的碳氢键,以便插入一个氧原子以形成新键。而 MOF 中的成分,刚好能够吸收光并产生电子、并将之传递给流经 MOF 的氧气和甲烷,以使之结合形成甲醇。

测试期间,这种固体催化剂能够相当高效地工作,并且能够在洗涤后重复使用至少 10 次、反应时间至少为 200 小时。

随着工艺的进一步改进,未来这项技术还有助于实现更少的甲烷排放、同时减少甲醇生产过程中的碳足迹。

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有关这项研究的详情,还请移步至 2022 年 6 月 20 日出版的《自然》(Nature)杂志上查看。

原标题为《Direct photo-oxidation of methane to methanol over a mono-iron hydroxyl site》。

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这家伙很懒,什么描述也没留下

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