新方法利用光直接将甲烷转化为甲醇

由英国曼彻斯特大学科学家领导的国际研究小组开发了一种快速方法，利用光和光催化材料在常温常压下直接将甲烷转化为液体甲醇。这一成果不仅有助于节能减排，而且可以获得经济效益，因为获得的甲醇可以用来制造许多有用的物品。相关研究最近发表在《自然材料》杂志上。

天然甲烷是一种丰富而有价值的燃料，但由于难以提取、运输和储存，它也很危险。此外，甲烷气体释放或泄漏到大气中也对环境有害。过量的甲烷通常被燃烧以减少其对环境的影响，但燃烧会产生温室气体二氧化碳。鉴于此，工业上一直在寻找一种经济有效的方法将甲烷转化为甲醇。随着石油储量的不断减少，将甲烷转化为甲醇等燃料越来越受到人们的关注。

研究人员解释说，将甲烷转化为甲醇的主要挑战是削弱或破坏碳氢化学键，以插入氧原子形成碳氢氧键。传统的转化方法通常包括蒸汽重整和合成气氧化两个阶段，但需要在高温高压下进行，会消耗大量能量，成本高，效率低。

方法采用新型金属有机框架(MOF)催化材料和可见光驱动转化。当暴露于光下时，甲烷和氧化水流过MOF颗粒层。MOF包含不同的设计成分，这些成分位于多孔结构中的固定位置，并且一起吸收光并产生电子，这些电子被转移到孔中的氧气和甲烷中以形成甲醇。研究人员还借助橡树岭国家实验室散裂中子源上的设施观察并证实了这一过程。

研究人员表示，这一过程不会产生不良副产品。此外，实验表明，固体催化剂经分离、清洗、干燥和重复使用至少10次(或约200小时的反应时间)后，其性能没有损失。

最新研究通讯记者、曼彻斯特大学科学与工程学院院长马丁施罗德(Martin Schroeder)说：“新的光催化过程类似于植物的光合作用。树叶吸收阳光和二氧化碳，然后光催化过程将这些元素转化为糖、氧气和水蒸气。现在我们可以使用类似的过程将甲烷直接转化为甲醇，这种新的MOF材料也有望催化其他化学反应。”