不產生副產品，新催化劑一步將甲烷轉化為甲醇

研究過程示意圖

圖片來源：布魯克海文國家實驗室

美國能源部布魯克海文國家實驗室及其合作機構的科學家設計出了一種高選擇性催化劑，只需一步反應，即可將天然氣的主要成分甲烷轉化為易于運輸的液體燃料甲醇。據最新一期《美國化學學會雜志》發表的論文介紹，這種甲烷轉化為甲醇的直接過程，在低于泡茶所需的溫度下進行，且只產生甲醇而不產生其他副產品。

新工藝相比復雜的傳統轉化有了很大的進步。一般傳統轉化需要3個獨立的反應，每個反應都要在不同條件下進行，還需要非常高的溫度才能實現。新系統則結構簡單，特別適合開采偏遠地區“擱淺”的天然氣儲備。這些地區通常遠離昂貴的管道和化學煉油廠基礎設施，而實現本地部署后將避免高壓易燃液化天然氣的運輸難題。

此次催化劑的新配方含有一種額外成分：金屬和氧化物之間的一層薄薄的“界面”碳。通過大量的實驗和理論工作，研究人員發現鈀和二氧化鈰之間這層薄薄的碳，才是真正推動化學反應的“秘密武器”，它幫助活性金屬鈀將甲烷轉化為甲醇。

研究人員發現，由鈀、氧化鈰和碳組成的三組分催化劑的活性狀態，利用復雜的三相液固氣微環境可以生產出最終產品。從甲烷中生產甲醇，無須在3種不同的反應器中、3種不同的條件下進行3種獨立的反應。現在使用三組分催化劑，在一個反應器中驅動三相反應就可以實現了。前者不但有可能產生副產品，還需要昂貴的分離步驟，而后者則完全避免了這些缺點。

研究人員表示，對催化劑設計的創新和對反應發生方式的基礎理解，有助于推動未來化學過程的發展。