斯坦福大學(xué)和比利時(shí)魯汶大學(xué)的研究人員采用了來(lái)自大自然的“誘人”原理，在室溫下將有害的甲烷轉(zhuǎn)化為甲醇。研究結(jié)果已發(fā)表在《科學(xué)》雜志上，這可能是邁向以大量甲烷為原料的甲醇燃料經(jīng)濟(jì)性的重要一步，這一進(jìn)步可能會(huì)改變?nèi)蛱烊粴獾氖褂?。最?jiǎn)單的醇甲醇用于制造各種產(chǎn)品，如塑料和油漆，也用作汽油的添加劑。

甲醇富含氫氣，可能成為新一代燃料電池的驅(qū)動(dòng)力，從而帶來(lái)巨大的環(huán)境效益。如果天然氣的主要成分甲烷可以轉(zhuǎn)化為甲醇，與天然氣和純氫相比，由此產(chǎn)生的液體燃料可以毫不費(fèi)力地儲(chǔ)存和運(yùn)輸。這也將大大減少管道和天然氣加工廠的甲烷排放。目前，逸出的甲烷氣體—一種比二氧化碳更有害的溫室氣體——幾乎抵消了天然氣相對(duì)于煤炭或石油的環(huán)境效益。該團(tuán)隊(duì)進(jìn)行的新研究旨在推廣一種從甲烷中生產(chǎn)甲醇的低能耗方法。

研究人員選擇了兩種有吸引力的鐵沸石，并分析了鐵周圍晶格的物理結(jié)構(gòu)。他們發(fā)現(xiàn)，根據(jù)周圍晶體結(jié)構(gòu)中孔的大小，反應(yīng)性變化很大。研究人員將其稱為“籠子效應(yīng)”，因?yàn)榉庋b的晶格類似于籠子。籠子中的大孔導(dǎo)致活性位點(diǎn)在一個(gè)反應(yīng)??循環(huán)后失活，并且它們不會(huì)再次重新激活。然而，較小的孔隙孔徑在反應(yīng)物和鐵活性位點(diǎn)內(nèi)協(xié)調(diào)精確的分子舞蹈-產(chǎn)生甲醇并立即再生活性位點(diǎn)。

通過(guò)利用“籠子效應(yīng)”，研究人員不斷重新激活40%的失活位點(diǎn)，這是商業(yè)規(guī)模催化過(guò)程的重大概念進(jìn)步。Snyder補(bǔ)充道，“催化循環(huán)——再生場(chǎng)地的持續(xù)再生——有朝一日可能會(huì)導(dǎo)致從天然氣中持續(xù)、經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)甲醇。”?Snyder在JeffreyR.Long的指導(dǎo)下進(jìn)行他的研究。

基礎(chǔ)科學(xué)中的這一重要步驟將闡明化學(xué)工程師和化學(xué)家在室溫以下使用鐵沸石生產(chǎn)甲醇的過(guò)程。但是，在工業(yè)化之前需要做大量的工作。斯奈德打算不僅在室溫下而且在環(huán)境空氣而不是其他氧氣來(lái)源（如研究中的一氧化二氮）下實(shí)現(xiàn)這一過(guò)程。然而，作為一種高度氧化劑并且在化學(xué)反應(yīng)中通常難以控制，氧氣在路徑上構(gòu)成了挑戰(zhàn)。

目前，Snyder對(duì)Solomon實(shí)驗(yàn)室中用于這項(xiàng)研究的先進(jìn)光譜儀器的說(shuō)明能力既驚訝又高興。它們有助于他了解甲烷制甲醇過(guò)程中涉及的化學(xué)和化學(xué)結(jié)構(gòu)?！叭绾螐倪@些前幾代化學(xué)家無(wú)法使用的工具中獲得一些非常強(qiáng)大的原子級(jí)洞察力，比如籠子效應(yīng)，真是太酷了”斯奈德總結(jié)道。