據(jù)外媒報(bào)道，來自斯坦福大學(xué)和比利時(shí)魯汶大學(xué)的一個(gè)研究小組在最近一期《科學(xué)》雜志的一項(xiàng)新研究中闡明了在室溫下將有害的甲烷轉(zhuǎn)化為甲醇的過程。這一發(fā)現(xiàn)可能是邁向以豐富的甲烷為原料的甲醇燃料經(jīng)濟(jì)的重要一步，這一進(jìn)展可能從根本上改變世界使用天然氣的方式。甲醇被用來制造各種產(chǎn)品，如油漆和塑料，并作為汽油的添加劑。甲醇富含氫氣，可以驅(qū)動(dòng)新時(shí)代的燃料電池，從而產(chǎn)生巨大的環(huán)境效益。

　　如果以甲烷為主要成分的天然氣能夠經(jīng)濟(jì)地轉(zhuǎn)化為甲醇，所產(chǎn)生的液體燃料將比天然氣和純氫更容易儲(chǔ)存和運(yùn)輸。這也將大大減少來自天然氣加工廠和管道的甲烷排放。甲烷能夠產(chǎn)生的溫室效應(yīng)遠(yuǎn)大于二氧化碳，這幾乎否定了天然氣相對(duì)于石油和煤炭的環(huán)境優(yōu)勢(shì)。該團(tuán)隊(duì)的新研究是他們推進(jìn)從甲烷生產(chǎn)甲醇的低能耗方式的最新研究。

　　“這個(gè)過程使用被稱為鐵沸石的普通晶體，這些晶體已知可在室溫下將天然氣轉(zhuǎn)化為甲醇，”Benjamin Snyder德解釋說，他在斯坦福大學(xué)獲得博士學(xué)位，研究催化劑以解決這一挑戰(zhàn)的關(guān)鍵方面?！暗?，這在實(shí)踐層面上是極具挑戰(zhàn)性的化學(xué)，因?yàn)榧淄槭穷B固的化學(xué)惰性。”

　　當(dāng)甲烷被注入多孔鐵沸石時(shí)，甲醇在室溫下迅速產(chǎn)生，不需要額外的熱量或能量。相比之下，用甲烷制造甲醇的傳統(tǒng)工業(yè)工藝需要1000℃的溫度和極高的壓力。

　　“這是一個(gè)經(jīng)濟(jì)上誘人的過程，但它并不那么容易?！彼固垢４髮W(xué)人文與科學(xué)學(xué)院的化學(xué)教授、SLAC國家加速器實(shí)驗(yàn)室的光子科學(xué)教授Edward Solomon說：“巨大的障礙阻礙了將這一過程擴(kuò)大到工業(yè)水平?！盨olomon是這項(xiàng)新研究的資深作者。

　　不幸的是，大多數(shù)鐵沸石很快就會(huì)失活。由于無法處理更多的甲烷，這個(gè)過程就會(huì)逐漸停止?？茖W(xué)家們一直熱衷于研究如何提高鐵沸石的性能。由斯坦福大學(xué)無機(jī)化學(xué)博士生Hannah Rhoda共同撰寫的這項(xiàng)新研究，利用先進(jìn)的光譜學(xué)來探索用于甲烷轉(zhuǎn)化為甲醇的最有前途的沸石的物理結(jié)構(gòu)。

　　Rhoda說：“這里的一個(gè)關(guān)鍵問題是如何在不破壞催化劑的情況下獲得甲醇?！?/p>

　　該團(tuán)隊(duì)選擇了兩種有吸引力的鐵沸石，并研究了鐵周圍晶格的物理結(jié)構(gòu)。他們發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)性根據(jù)周圍晶體結(jié)構(gòu)中孔隙的大小而有很大的變化。該團(tuán)隊(duì)將其稱為"籠子效應(yīng)"，因?yàn)榉庋b晶格類似于一個(gè)籠子。

　　如果籠子里的孔隙太大，活性位點(diǎn)僅在一個(gè)反應(yīng)周期后就會(huì)失活，而且再也不會(huì)重新激活。 然而，當(dāng)孔隙較小時(shí)，它們會(huì)協(xié)調(diào)反應(yīng)物和鐵質(zhì)活性位點(diǎn)之間的精確分子“舞蹈”--一種直接產(chǎn)生甲醇并再生活性位點(diǎn)的“舞蹈”。利用這種所謂的"籠子效應(yīng)"，研究小組能夠重復(fù)地重新激活40%的失活位點(diǎn)--這是朝著工業(yè)規(guī)模的催化過程邁出的重要概念性進(jìn)展。

　　Snyder說："催化循環(huán)--再生位點(diǎn)的不斷重新激活--有朝一日可能導(dǎo)致從天然氣中持續(xù)、經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)甲醇，"他現(xiàn)在是加州大學(xué)伯克利分?；瘜W(xué)系的博士后研究員?；A(chǔ)科學(xué)向前邁出的這一基本步驟將有助于為化學(xué)家和化學(xué)工程師闡明鐵質(zhì)沸石在室溫下生產(chǎn)甲醇的過程，但在這種過程可能被工業(yè)化之前還有許多工作要做。

　　Snyder的下一步計(jì)劃是：不僅要在室溫下實(shí)現(xiàn)這一過程，而且要使用環(huán)境空氣，而不是其他的氧氣來源，如這些實(shí)驗(yàn)中使用的氧化亞氮。處理像氧氣這樣強(qiáng)大的氧化劑，在化學(xué)反應(yīng)中是出了名的難以控制，這將是這條道路上的另一個(gè)相當(dāng)大的障礙。

　　目前，Snyder對(duì)Solomon實(shí)驗(yàn)室的復(fù)雜光譜儀器的說明能力感到高興和驚訝，這些儀器在這項(xiàng)研究中得到了充分利用。這些對(duì)于他理解甲烷轉(zhuǎn)化為甲醇過程中涉及的化學(xué)和化學(xué)結(jié)構(gòu)是非常寶貴的。

　　Snyder表示：“你可以從這些工具中獲得一些非常強(qiáng)大的原子級(jí)的洞察力，比如‘籠子效應(yīng)’，這很酷，而這些工具是前幾代化學(xué)家所沒有的?！?/p>