中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所發(fā)布消息稱，該所王文中研究員帶領(lǐng)的科研團隊在甲烷光催化轉(zhuǎn)化研究方面取得新進展，提出了溫和條件下甲烷向液體燃料直接轉(zhuǎn)化的新策略。

光催化直接轉(zhuǎn)化可以打破傳統(tǒng)熱力學(xué)平衡的束縛，使甲烷的轉(zhuǎn)化可以在低溫常壓下進行。王文中研究團隊設(shè)計并制備出銅修飾氮化碳材料，實現(xiàn)甲烷向乙醇的光催化直接轉(zhuǎn)化，并對該過程的機制進行了較為深入的研究。

針對甲烷容易發(fā)生過度活化并徹底礦化的問題，研究團隊從活性氧物種的生成以及甲烷的吸附活化兩個角度出發(fā)，通過在氮化碳材料的有序空腔中進行銅修飾，不僅實現(xiàn)了羥基自由基的原位生成，還促進了材料對甲烷C-H鍵的活化以及對高活性中間物種的穩(wěn)定。該材料表現(xiàn)出卓越的光催化甲烷轉(zhuǎn)化性能，材料中的銅物種與鄰近碳原子存在協(xié)同效應(yīng)，使得轉(zhuǎn)化過程沿著甲烷—甲醇—乙醇的路徑進行。

作為天然氣、頁巖氣等的主要成分，甲烷具有儲量相對豐富和價格低廉的優(yōu)勢，在替代石油生產(chǎn)液體燃料和基礎(chǔ)化學(xué)品領(lǐng)域，是學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界研究和發(fā)展的核心之一。甲烷的選擇性活化和定向轉(zhuǎn)化是世界性難題，被譽為是催化乃至化學(xué)領(lǐng)域的“圣杯”。迄今為止，甲烷的轉(zhuǎn)化通常采用間接法，在高溫下通過水蒸氣重整將甲烷轉(zhuǎn)化為合成氣，再通過費托合成獲得多碳的基礎(chǔ)化學(xué)品;或由合成氣制備甲醇，再生產(chǎn)其他化學(xué)品。該轉(zhuǎn)化路線能耗高，過程中排放大量溫室氣體二氧化碳，不僅帶來環(huán)境負荷，也使總碳的利用率不到一半。因此，科學(xué)家一直在努力探索甲烷直接轉(zhuǎn)化利用的方法。