在投遞給《化學通訊》期刊的一篇文章中，來自巴西聖卡洛斯聯邦大學（UFSCar）的一支研究團隊，詳細介紹了如何通過在“光氧化”過程中使用光和分散的過渡金屬（比如銅），成功地將甲烷轉化為甲醇。更棒的是，這項技術可在相對溫和的常溫（25℃）常壓（1 bar）下得到運用，意味着他們找到了一種將這種強效溫室氣體、製成液態燃料的好方法。
1 bar 接近於海平面的 101325 Pa 標準大氣壓（來自：Chemical Communications）
SCI Tech Daily 指出，這項研究發現，是讓“天然氣”能源成為生產汽柴油的替代燃料的關鍵一步。
儘管天然氣本身是一種化石燃料，但將其轉化為甲醇之後，最終燃燒排放的二氧化碳還是較其它同類燃料要少得多。
此外甲醇在巴西的生物柴油和化工生產中扮演着至關重要的角色，它可被用於合成各種產品。
展望未來，如果我們能夠從大氣中高效收集甲烷氣體、並轉化為液態的甲醇燃料，那也有很大的希望減輕這種溫室氣體對氣候變化的負面影響。
研究配圖 1：M-PHI 粉末的 XRD 圖譜 / 不同銅負載量下的甲烷轉化率
據悉，該研究得到了巴西聖保羅研究基金會（FAPESP）、教育部旗下高等研究委員會（CAPES）和國家科學技術發展委員會（CNPq）的支持。
研究一作、UFSCar 物理系博士生 Marcos da Silva 向 Agência FAPESP 表示 —— 科學界對地球甲烷儲量的規模存在很大爭議。
有些人估計，其能源潛力或是所有其它化石燃料加起來的兩倍。但在向可再生能源過渡的過程中，我們也將不得不在某個時刻設法利用它們。
研究配圖 2：Cu-PHI / Fe-PHI 電子顯微鏡圖像（亮點為高度分散的金屬原子）
論文指導、UFSCar 的 Ivo Freitas Teixeira 教授表示，光催化劑是該研究中的一項關鍵創新。
在化學工業中，這種轉化至少需要經歷兩個階段、通過在極端高溫高壓下產生氫氣和二氧化碳來實現。
但是該校研究團隊已在溫和條件下、將甲烷氣體成功地轉化為液態甲醇，同時消耗了更少的能源。
放眼未來，這項研究成果還為利用太陽能進行甲烷轉化而鋪平道路。
研究配圖 3：Cu-PHI 和 Fe-PHI 催化劑的拉曼光譜分析
在實驗室環境中，科學家們使用地球上儲量相當豐富的非貴金屬（比如銅）作為過渡介質，合成了聚庚嗪酰亞胺（PHI）形式的結晶氮化碳、以生產具有活性的可見光催化劑。
接着他們在以過氧化氫為引發劑的甲烷氧化反應中投入了此類光催化劑，並發現 Cu-PHI 能夠產生大量含氧液體產物，尤其是甲醇（四小時內每克材料 2900 微摩爾）。
Teixeira 教授補充道 ——“我們發現了化學反應所必須的最佳催化劑和其它條件，例如使用大量的水（H₂O）+ 少量的過氧化氫（H₂O₂）氧化劑”。
接下來的步驟，包括更多地了解材料中的活性銅位點、及其在反應中的作用。此外他們計劃直接在反應過程中使用氧氣來生產過氧化氫，以進一步提升其安全和經濟可行性。
研究配圖 4：Cu-PHI 催化劑對甲烷光氧化的機理研究
另一方面，UFSCar 團隊將深入調查銅在反應中起到的作用。在撰寫這篇文章之時，他們還不清楚分散的銅是孤立原子、還是結成簇，但現在已知是後者。
最後，研究人員希望後續能夠不使用純甲烷作為原料、探索從生物質等可再生能源中提取該溫室氣體。
參考聯合國數據，自前工業時代以來，甲烷在全球變暖中起到了約 30% 的作用。而未來十年，人們活動的甲烷排放量有望大減 45%，以避免在 2045 年讓氣溫上升近 0.3 ℃ 。
相關文章:
MOF光催化工藝可在常溫下將甲烷高效轉換成甲醇