天然氣的主要成分甲烷本身就是一種強效的溫室氣體。最近與UNIST合作的一項研究揭示了甲烷轉(zhuǎn)化為甲醛的高性能催化劑。

這一突破由UNIST的能源與化學工程學院的Kwang-jin Ahn教授及其團隊領(lǐng)導(dǎo)，與Ja Hun Kwak教授(UNIST能源與化學工程學院)，Ajou大學的Eun Duck Park教授合作，和漢陽大學的Yoon Seok Jung教授。

在這項工作中，該團隊展示了一種由納米材料組成的優(yōu)異的“甲烷氧化酶催化劑”。該材料具有穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)和高溫下的高反應(yīng)性，將甲烷轉(zhuǎn)化為甲醛的效率提高了兩倍以上。

甲烷和石油一樣，可以通過化學反應(yīng)轉(zhuǎn)化為有用的資源。近年來在美國備受關(guān)注的頁巖氣的主要成分是甲烷，用這種材料制造高附加值資源的技術(shù)也被認為是重要的。問題是甲烷的化學結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，不易與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。到目前為止，甲烷主要用作加熱和運輸?shù)娜剂稀?/p>

需要高于600℃的高溫來實現(xiàn)改變甲烷化學結(jié)構(gòu)的反應(yīng)。因此，需要具有穩(wěn)定結(jié)構(gòu)并在該環(huán)境中保持反應(yīng)性的催化劑。以前，已知氧化釩(V2O2)和氧化鉬(MoO3)是最好的催化劑。當使用這些催化劑時，甲烷的甲醛轉(zhuǎn)化率小于10%。

Ahn教授制造了一種催化劑，可以使用納米材料將甲烷轉(zhuǎn)化為甲醛。甲醛是廣泛用作殺菌劑，防腐劑，功能聚合物等的原料的有用資源。

該催化劑具有核 - 殼結(jié)構(gòu)，該核 - 殼結(jié)構(gòu)由被薄鋁膜包圍的氧化釩納米顆粒組成，鋁殼圍繞氧化釩顆粒。外殼保護顆粒并保持催化劑穩(wěn)定，即使在高溫下也能保持穩(wěn)定性和反應(yīng)性。

事實上，當用這種材料測試催化反應(yīng)時，沒有鋁殼的氧化釩納米顆粒在600℃下具有結(jié)構(gòu)損失并喪失催化活性。然而，由核 - 殼結(jié)構(gòu)制成的納米顆粒即使在高溫下也保持穩(wěn)定。結(jié)果，甲烷轉(zhuǎn)化為甲醛的效率提高了22%以上。它將甲烷轉(zhuǎn)化為有用的資源，效率超過兩倍。

“催化氧化釩納米顆粒被薄鋁膜包圍，有效地防止了內(nèi)部顆粒的聚集和結(jié)構(gòu)變形，”UNIST化學工程系的Euiseob Yang說，他是本研究的第一作者。“通過用納米粒子覆蓋原子層的新結(jié)構(gòu)，同時具有熱穩(wěn)定性和反應(yīng)性。”

該研究在催化劑領(lǐng)域的改進方面尤其值得注意，其在30年內(nèi)沒有取得很大進展。自1987年在美國獲得專利以來，甲烷生產(chǎn)甲醛的催化技術(shù)并沒有取得多大進展。

“高效的催化劑技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到超出技術(shù)的極限，這仍然是一項持久的技術(shù)，”安教授說。“作為利用豐富自然資源的下一代能源技術(shù)，價值很高。”

他補充說：“我們計劃擴大催化劑制造技術(shù)和催化劑工藝流程，以便我們可以在工業(yè)上擴大我們的實驗室水平。催化劑技術(shù)對化學工業(yè)有相當大的影響，并為國家化學工業(yè)做出貢獻。我想開發(fā)一種可以做到的實用技術(shù)。“