美国布鲁克海文实验室开发廉价催化剂，将废弃甲烷转液态燃料
维度网讯，美国能源部（DOE）的布鲁克海文国家实验室（Brookhaven National Laboratory，BNL）开发出一种廉价且耐硫的催化剂，可将废弃甲烷转化为易于运输且有价值的液态化学品和燃料。
这项研究聚焦于一种地球储量丰富的工业催化剂——二硫化钼（MoS2）。研究团队表示，只需极少调整，该催化剂即可在低于212华氏度（100摄氏度）的温度下，将甲烷选择性地转化为甲基过氧化氢（methyl peroxide）和液态含氧化合物。甲基过氧化氢是制造甲醇（一种能量密集型液态燃料）的前体。BNL研究员、该研究通讯作者Sanjaya Senanayake（博士）表示，该催化剂在制备甲醇及多种其他工业过程的重要前体时，实现了非常高的产率和选择性。
从偏远油气田运输甲烷需要昂贵的基础设施，生产商常将其排放或燃烧，浪费资源并增加温室气体排放。BNL研究人员认为，其催化剂可将这些被困甲烷捕获并转化为可运输的液态化学品。该方法使用现成的二硫化钼，性能与更昂贵的替代品相当，在某些情况下更优。其耐硫性是另一大优势：原料天然气中的硫化合物会使传统催化剂失活，而二硫化钼富含硫的组成使其天然耐受这些污染物。实验室研究员、研究合著者Juan Jiménez（博士）表示，团队正在开发多种不同材料的组合，以应对美国及国际各种不同的天然气组成。
为理解催化剂工作原理，团队利用BNL国家同步辐射光源II（National Synchrotron Light Source II，NSLS-II）的多个束线进行实时观测。X射线光谱学显示，在167华氏度下，催化剂与甲烷和稀释的过氧化氢水溶液反应，将甲烷转化为液态含氧化合物，并完全选择性生成目标产物家族。其性能与由钯或铑制成的昂贵催化剂相当，有时更优。Jiménez指出，无需复杂合成即可创造极其活跃的催化剂。进一步测试表明，催化剂在运行过程中变得更加金属化，使电子能自由移动并参与反应，同时保持稳定的晶体结构，表明其耐用且可重复使用。研究发现，过氧化氢自然分解产生的羟基自由基在断裂甲烷强碳氢键中起着关键作用，催化剂引导这些自由基产生单一目标产物。
科学家称，这些发现可能催生更便宜、更耐硫的甲烷催化剂。布鲁克海文科学协会（Brookhaven Science Associates）已为该催化剂的使用提交了临时专利申请。该研究已发表在《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）期刊上。
