突破！“甲烷变甲醇”有望实现室温下工业化生产，颠覆天然气使用方式

来自斯坦福大学和比利时鲁汶大学的一组研究人员进一步阐明了一个有趣的过程，该团队开发出了一种在室温下从甲烷中生产甲醇的低能耗方法。这可能是朝着以丰富的甲烷为原料的甲醇燃料经济迈出的重要一步，并从根本上颠覆全球使用天然气的方式。

甲醇——被用于制造各种产品，如油漆和塑料，以及作为汽油的添加剂。甲醇富含氢气，可以驱动新时代的燃料电池，产生显著的环境效益。

如果以甲烷为主要成分的天然气能够经济地转化为甲醇，那么由此产生的液体燃料将比天然气和纯氢更容易储存和运输。这也将大大减少天然气加工厂和管道的甲烷排放。

斯坦福大学催化剂博士本杰明·斯奈德(Benjamin Snyder)解释说:“这一过程使用的是一种被称为铁沸石的普通晶体，这种晶体被认为可以在室温下将天然气转化为甲醇。”“但是，要在实际应用中实现这种化学反应是极具挑战性的，因为甲烷在化学上是惰性的。”

当甲烷被注入多孔的铁沸石中，甲醇在室温下迅速生成，而不需要额外的热量或能量。相比之下，从甲烷中提取甲醇的传统工业工艺，则需要1000°C(1832°F)的温度和极高的压力。不幸的是，大多数铁沸石很快就失活了。由于无法处理更多的甲烷，这个过程逐渐消失。科学家们一直热衷于研究提高铁沸石性能的方法。

而在上述新研究中，研究人员们使用先进的光谱学，来探索最有希望用于甲烷转化甲醇生产的沸石的物理结构。

研究小组选择了两个有吸引力的铁沸石，研究了铁周围晶格的物理结构。他们发现，由于周围晶体结构中孔隙的大小不同，反应性变化很大。研究小组将其称为“笼效应”（cage effect），因为封装晶格类似于笼。

如果笼子里的孔太大，活性位点在一个反应周期后就会失效，并且永远不会再激活。然而，当孔孔径更小时，它们在反应物和铁活性中心之间协调精确的“分子舞蹈”——直接产生甲醇并使活性中心再生。利用这种所谓的“笼效应”，该团队能够重复激活40%的失活位点，这是迈向工业规模催化过程的重大概念进步。

这一基础科学的重大进展，将有助于化学家和化学工程师阐明铁沸石在室温下生产甲醇的过程，但在这一过程工业化之前还有很多工作要做。

研究团队的下一个目标是：不仅要在室温下实现这一过程，还要使用环境空气，而不是其他的氧气来源，比如在这些实验中使用的一氧化二氮。处理像氧这样的强氧化剂，在化学反应中是出了名的难以控制，将是这条道路上的另一个相当大的障碍。

译/前瞻经济学人APP资讯组

参考来源：https://phys.org/news/2021-07-scientists-methane-methanol-room-temperature.html