“分子圍欄”催化體系將甲烷“變”甲醇

2020-01-10 16:22:20 來源: 科技日報 作者: 江耘

洪恒飛 柯溢能 科技日報記者 江耘

記者從浙江大學獲悉,該校肖豐收教授和王亮研究員團隊經過三年多的集中攻關,構筑起了一系列“分子圍欄”多相催化劑體系,可在70℃的溫和條件中將甲烷高效率轉化為甲醇,轉化率從普通催化劑的3%提升為17.3%,甲醇選擇性達到92%,是目前最高水平。這項研究于10日在線刊登在國際頂級雜志《科學》。

“甲醇是基本有機原料之一,工業生產通常從煤化工中制備,可用作生長促進劑,作為農藥、醫藥的原料,極具應用價值。作為天然氣主要成分,甲烷則儲量豐富、價格低廉?!?肖豐收介紹道,氫氣與氧氣反應生成過氧化氫(俗稱雙氧水),雙氧水再通過催化劑與甲烷反應生成甲醇——這道教科書上的化學方程式,實際制備中會因雙氧水生成后很快被稀釋,“活潑”的甲醇與甲烷競爭跟雙氧水發生反應等原因,導致甲醇的制備效率不高。

團隊從羊圈圍欄得到靈感,首次提出在實驗反應中加入“分子圍欄”,圈住雙氧水,并通過特殊工藝,將催化活性納米顆粒嵌入沸石分子篩,讓催化劑更加穩定。

“我們在沸石晶體表面刷了一層疏水長鏈烷烴作為 ‘分子圍欄’,圈住的范圍是幾百納米,能讓親水的過氧化氫富集濃度達到原有的一萬倍,且被困在催化劑里無法擴散?!蓖趿两榻B說,氫氣、氧氣和甲烷卻依然能夠進入反應區,同時甲醇生成后能很快跑出來,不會和甲烷競爭反應。

(上)催化劑對過氧化氫分子的圍欄效應,導致過氧化氫高濃度富集在沸石晶體內部;(下)普通催化劑無圍欄效應,過氧化氫被快速稀釋。

“當前隨著頁巖氣、海底可燃冰的進一步開發,甲烷在整個能源體系尤其是碳資源中將扮演越來越重要的角色?!毙へS收坦言,從基礎原理到規?;瘧眠€有很長的路要走,隨著甲烷變甲醇中附加值的提升,這項技術未來或產生更多潛在價值。

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責任編輯:張爽

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