在 2022 年 6 月 30 日出版的《自然》雜誌上，美國橡樹嶺國家實驗室（ORNL）的一支研究團隊，介紹了使用光催化劑在室溫下將甲烷（CH₄）轉化成甲醇（CH₃OH / CH₄O）的新方法。事實上，與常被人們提起的二氧化碳（CO₂）相比，甲烷的溫室氣體效應要高出 34 倍。因而若能將這項新技術推廣開來，我們不僅能夠幫助減少溫室氣體的排放、還找到了一種更清潔的方式來製造關鍵產品。
（圖自：ORNL / Jill Hemman）
在工業生產中，甲醇可作為燃料、塑料、建材等一系列產品的中間產物。但現階段的主要問題，還是在於需要高溫高壓條件（能源密集型）來完成轉換。
近年來，科學家們一直在積極試驗新型催化劑，尤其是能夠在常溫常壓下將甲烷轉化成甲醇的技術路線 —— 比如鈦 / 銅催化劑，以及改進的鐵沸石晶體法。
在這項新研究中，曼徹斯特大學攜手 ORNL 研究人員，開發出了一種使用金屬有機框架（MOF）作為催化劑的新技術 —— 不僅具有非常多孔的結構，其中包含的每種成分還都可在催化過程中發揮作用。
首先是將甲烷與氧氣混入水中，然後連續流經 MOF 顆粒。接着將 MOF 暴露在陽光下引起化學反應，以將甲烷轉化為液態甲醇，這樣就能夠輕鬆地從水中提取出來。
Found The holy grail of catalysis（via）
轉化過程的關鍵，在於破壞甲烷中的碳氫鍵，以便插入一個氧原子以形成新鍵。而 MOF 中的成分，剛好能夠吸收光併產生電子、並將之傳遞給流經 MOF 的氧氣和甲烷，以使之結合形成甲醇。
測試期間，這種固體催化劑能夠相當高效地工作，並且能夠在洗滌后重複使用至少 10 次、反應時間至少為 200 小時。
隨着工藝的進一步改進，未來這項技術還有助於實現更少的甲烷排放、同時減少甲醇生產過程中的碳足跡。
有關這項研究的詳情，還請移步至 2022 年 6 月 20 日出版的《自然》（Nature）雜誌上查看。
原標題為《Direct photo-oxidation of methane to methanol over a mono-iron hydroxyl site》。