科学家揭示了一种将甲烷转化为液态甲醇的方法

该策略在S?o卡洛斯联邦大学进行了测试。这种转化是在环境温度和压力条件下进行的，这可以使甲烷——一种强有力的温室气体——被用来生产燃料。

　　

   

   

图:转化过程是在环境温度和压力条件下进行的，这可以使甲烷——一种强有力的温室气体——被用来生产燃料。    

一组研究人员成功地利用轻而分散的过渡金属，如铜，在光氧化过程中将甲烷转化为甲醇。一篇文章报告了在温度和压力(分别为25°C和1 bar)的环境条件下，该反应是迄今为止获得的最好的甲烷气体转化为液体燃料的反应。

作为压力单位的术语bar源自希腊单词“重量”(baros)。1巴相当于10万帕斯卡(100千帕)，非常接近海平面标准大气压(10万1325帕)。

这项研究的结果是使天然气成为生产汽油和柴油替代燃料的能源的重要一步。尽管天然气被认为是一种化石燃料，但将其转化为甲醇排放的二氧化碳比同类其他液体燃料少。

在巴西，甲醇在生物柴油生产和化学工业中发挥着关键作用，化学工业用它来合成许多产品。

此外，从大气中捕获甲烷对于减轻气候变化的不利影响至关重要，因为甲烷导致全球变暖的可能性是二氧化碳的25倍。

“科学界对地球甲烷储量的大小有很大的争论。据估计，它们的能源潜力可能是所有其他化石燃料总和的两倍。在向可再生能源过渡的过程中，我们将不得不在某个时候利用所有这些甲烷，”这篇文章的第一作者马科斯·达席尔瓦告诉Agência FAPESP。席尔瓦是S?o卡洛斯联邦大学(UFSCar)物理系的博士候选人。

该研究由FAPESP通过两个项目(20/14741-6和21/11162-8)、高等研究理事会(cape，教育部下属机构)和国家科学和技术发展理事会(CNPq，科学、技术和创新部下属机构)支持。

UFSCar的教授Ivo Freitas Teixeira是Silva的论文导师，也是这篇文章的最后一位作者，他说，研究中使用的光催化剂是一项关键创新。他说:“我们小组在单级氧化甲烷方面取得了重大创新。”“在化学工业中，这种转化通过至少两个阶段的氢和二氧化碳的生产，在非常高的温度和压力条件下发生。我们成功地在温和条件下获得甲醇，同时消耗更少的能源，这是向前迈出的一大步。”

据Teixeira说，研究结果为未来利用太阳能进行这种转换过程的研究铺平了道路，有可能进一步减少其对环境的影响。

在实验室里，科学家们以聚七嗪酰亚胺(PHI)的形式合成了结晶氮化碳，使用非贵金属或地球上丰富的过渡金属，特别是铜，来生产活性可见光光催化剂。

然后，他们将这种光催化剂用于以过氧化氢为引发剂的甲烷氧化反应。铜- phi催化剂产生大量的含氧液体产物，特别是甲醇(每克材料2900微摩尔，或μmol。G-1在4小时内)。

特谢拉说:“我们发现了最好的催化剂和化学反应的其他必要条件，比如使用大量的水和少量的过氧化氢，过氧化氢是一种氧化剂。”“下一步包括更多地了解材料中的活性铜位点及其在反应中的作用。我们还计划在反应过程中直接用氧气产生过氧化氢。如果成功，这将使这一过程更加安全和经济可行。”

该组织将继续调查的另一个问题与铜有关。“我们使用分散的铜。当我们写这篇文章时，我们不知道我们是在处理孤立的原子还是原子团。我们现在知道它们是星系团。”

在这项研究中，科学家们使用的是纯甲烷，但未来他们将从可再生能源中提取这种气体，如生物质。
根据联合国的数据，自前工业化时代以来，甲烷已经造成了约30%的全球变暖。未来十年，人类活动产生的甲烷排放量可减少45%，从而避免到2045年上升近0.3°C。

利用光催化剂将甲烷转化为液体燃料的策略是新的，而且在商业上还没有，但在近期内其潜力是巨大的。“我们在4年前就开始了我们的研究。我们现在的结果比哈钦斯教授和他的团队在2017年的结果好得多，这激励了我们自己的研究”。