浙大学者发明“分子围栏”让甲烷高效变甲醇 ​

  浙江大学肖丰收教授和王亮研究员团队构筑起了一系列“分子围栏”多相催化剂体系,能够将甲烷高效转化为甲醇,为甲烷的高效利用提供了更为直接和绿色的途径。该研究成果于北京时间10日发表于《科学》杂志。

  据介绍,甲烷是天然气、页岩气和可燃冰的主要成分,储备量相对丰富、价格低廉,甲醇是生成基础化学品的重要平台分子,具有高附加值和高应用价值,比如可以制备有着“化工之母”之称的乙烯、丙烯,用作清洗去油剂、生长促进剂,还可以作为农药、医药的原料。

  研究人员说,这两个“姓甲的兄弟”,一个具有产量优势,一个极具产品优势。甲烷转化成甲醇的催化剂主要是双氧水,但“顽皮”的双氧水一旦生成,会很快被稀释,无法与甲烷充分反应,甲醇过于活泼的“性格”也让其选择性活化和定向转化成为难题。

  王亮介绍说,研究团队想了一个巧妙的办法,用一个“围栏”圈住了双氧水,让双氧水的富集浓度达到正常条件下的一万倍,让催化反应加快进行。肖丰收介绍,“一个‘分子围栏’内部的结构就像是一个鸡蛋。蛋黄是高浓度双氧水,蛋白是沸石晶体,蛋壳是一层疏水材料,这样氢气、氧气和甲烷能够进入反应区,同时甲醇生成后能很快跑出来,不会和甲烷竞争反应。”

  研究人员介绍,此前甲烷的转化率很难突破3%,“分子围栏”技术可以在70℃的温和条件中,将转化率大幅提升至17.3%。除了高效外,这个催化剂在制备中不产生污染,避免了传统转化方式会产生大量废水的弊端。

  “随着页岩气、海底可燃冰的进一步开发,甲烷在整个能源体系尤其是碳资源中将会扮演越来越重要的角色。”肖丰收说,甲烷变甲醇意味着附加值的提升,团队将进一步探索“分子围栏”催化体系在进一步规模应用的可能性。


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