的研究人员斯坦福大学比利时鲁汶大学采用了一种“诱人”的原理，在室温下将有害的甲烷转化为甲醇。
本杰明·斯奈德(右)和他的前博士导师爱德华·所罗门，斯坦福大学的化学教授和SLAC的光子科学教授。亚博老虎机网登录图片来源:Linda A. Cicero。
研究结果已发表在该杂志上亚博老虎机网登录这可能是朝着以大量甲烷为原料的甲醇燃料经济迈出的重要一步，这一进步可能会改变全球天然气的使用。最简单的酒精，甲醇，用于制造各种各样的产品，如塑料和油漆，也用作汽油的添加剂。
甲醇富含氢气，可能会成为新一代燃料电池的推动力，为环境带来巨大的好处。
如果天然气的主要成分甲烷可以转化为甲醇，那么与天然气和纯氢相比，由此产生的液体燃料可以轻松地储存和运输。这也将大大减少管道和天然气加工厂的甲烷排放。
目前，泄漏的甲烷气体——一种比二氧化碳更有害的温室气体——几乎抵消了天然气相对于煤炭或石油的环境效益。该团队进行的这项新研究是为了推广一种从甲烷中生成甲醇的低能量方法。
这个过程使用一种叫做铁沸石的普通晶体，这种晶体可以在室温下将天然气转化为甲醇。但这在实际操作中是极具挑战性的，因为甲烷在化学上是惰性的．
本杰明·斯奈德，斯坦福大学化学系博士后
斯奈德在斯坦福大学获得了博士学位，他通过分析催化剂来解决这一挑战的关键方面。
甲烷注入多孔铁沸石中，在室温下快速生成甲醇，不需要额外的能量或热量。相比之下，传统的生产甲烷的工业过程涉及1000°C(1832°F)左右的温度和非常高的压力。
从经济上来说，这是一个诱人的过程，但并没有那么容易。巨大的障碍阻碍了将这一过程扩大到工业水平．
爱德华·所罗门，斯坦福大学SLAC国家加速器实验室化学与光子科学高级研究作者和教授亚博老虎机网登录
继续使用沸石
大多数铁沸石迅速失活，导致无法处理大量甲烷。研究人员一直在寻找提高铁沸石性能的方法。该研究的合著者、斯坦福大学无机化学博士候选人汉娜·罗达(Hannah Rhoda)利用复杂的光谱分析了最有可能用于甲烷转化为甲醇的分子筛的物理结构。
这里的一个关键问题是如何在不破坏催化剂的情况下将甲醇提取出来．
Hannah Rhoda，研究合著者和博士候选人，无机化学，斯坦福大学
研究人员选择了两个有吸引力的铁沸石，并分析了铁周围晶格的物理结构。他们发现，反应活性随周围晶体结构中孔隙的大小而急剧变化。研究人员称其为“笼效应”，因为封装晶格类似于笼。
笼中的大孔隙导致活性位点在一个反应周期后失活，并且不再重新激活。然而，更小的孔隙孔径协调了反应物和铁活性位点内部的精确分子舞蹈——这种舞蹈可以产生甲醇并立即使活性位点再生。
通过利用“笼效应”，研究人员持续地重新激活了40%的失活位点，这是向商业规模催化过程的重大概念进展。
斯奈德说:“催化循环——再生场所的持续再活化——有一天可能导致从天然气中持续、经济地生产甲醇斯奈德在杰弗里·r·朗的指导下进行了这项研究。
这是基础科学的关键一步，将阐明化学工程师和化学家在常温下使亚博老虎机网登录用铁沸石生产甲醇的过程。然而，在工业化之前还有大量的工作要做。
斯奈德希望不仅能在室温下实现这一过程，而且还能在环境空气中实现，而不是在研究中使用氧化亚氮等其他氧气来源。然而，作为一种高氧化剂，在化学反应中通常很难控制，氧在这一过程中构成了挑战。
目前，斯奈德对所罗门实验室用于这项研究的先进光谱仪器的说明能力感到惊讶和高兴。这对他理解甲烷-甲醇过程中的化学和化学结构很有帮助。
”从这些工具中，你可以得到一些非常强大的原子层面的见解，比如笼效应，这是很酷的，这是前几代化学家无法得到的,”斯奈德总结道。
期刊引用:
b.e.r.斯奈德，等．(2021)笼效应控制分子筛甲烷羟基化机理。亚博老虎机网登录．doi.org/10.1126/亚博老虎机网登录science.abd5803．
来源:https://energy.stanford.edu/