美國斯坦福大學和比利時魯汶大學的一個研究團隊在最新一期的《科學》雜志上深入闡述了一種催化劑的分子機制，利用這種機制有望開發(fā)出經(jīng)濟的工業(yè)方法，在室溫下將甲烷轉化為甲醇，這或能從根本上改變世界使用天然氣的方式。

甲醇可以驅動新一代清潔燃料電池，甲烷是天然氣的主要成分。若能將甲烷以一種經(jīng)濟的方式轉化為甲醇，將比天然氣和純氫更容易儲存和運輸，也將大大減少甲烷的排放量，帶來顯著的環(huán)境效益。

新研究的轉化過程中，研究人員使用了名為“鐵沸石”的晶體。20世紀90年代，俄羅斯科學家用鐵制的合成沸石進行了一系列實驗。他們發(fā)現(xiàn)，室溫下，暴露于甲烷氣體中的多孔沸石可迅速產(chǎn)生甲醇，無須額外的熱量或能量。相比之下，傳統(tǒng)工藝中用甲烷制取甲醇需要1000℃高溫和極高的壓力。

然而，“要在實際操作中實現(xiàn)這一化學目標是極具挑戰(zhàn)性的，因為甲烷在化學上是頑固的惰性物質。”斯坦福大學博士本杰明·斯奈德說。

此外，由于大多數(shù)鐵沸石很快就會失活，無法處理更多的甲烷，因此轉化過程會逐漸停止。在新研究中，為了提高鐵沸石的性能，研究人員利用先進的光譜學來探索最佳的沸石物理結構。

研究人員選擇了兩種鐵沸石，研究了鐵周圍晶格的物理結構。他們發(fā)現(xiàn)，晶體結構中孔洞的大小不同，反應性會有很大的不同。該團隊將沸石晶體鎖定在一個受約束的幾何形狀中，稱之為“籠子效應”。利用這種“籠子效應”，找到大小合適的孔洞，能夠重復激活40%的失活位點，從而實現(xiàn)催化循環(huán)。這是向工業(yè)化催化過程邁進的重大概念進步。

研究人員表示：“催化循環(huán)，即讓活性位點持續(xù)重新激活的這一過程，有朝一日可能讓我們從甲烷中持續(xù)、經(jīng)濟地生產(chǎn)甲醇的目標得以實現(xiàn)。”

這一基礎性進展有助于闡明鐵沸石在室溫下生產(chǎn)甲醇的過程，但在這種過程實現(xiàn)工業(yè)化之前，還有很多工作要做。

總編輯圈點：

有一類天然硅鋁酸鹽礦石在灼燒時會產(chǎn)生沸騰現(xiàn)象，于是它被命名為“沸石”。鐵沸石是用鐵制成的合成沸石，在甲烷到甲醇的轉化中，扮演催化劑角色?？蒲腥藛T此前就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在鐵沸石的幫助下，甲烷能夠方便快捷變身甲醇。但是，鐵沸石很容易“失活”，相當于是一次性產(chǎn)品。這次，科研人員主要解決的就是這一難題。他們利用籠子效應，讓失活點能重新被激活，讓催化過程可以繼續(xù)進行。不過，現(xiàn)在發(fā)表的依然是個實驗室成果，要大規(guī)模應用還任重而道遠。(科技日報實習記者 張佳欣)

關鍵詞： 經(jīng)濟工業(yè) 甲烷 甲醇 使用天然氣