“甲烷室温催化”研究希望科普解读

 
 
“甲烷室温催化”研究希望科普解读  
 

克日，中科院大连化学物理研究所的科学家，通过研究，在石墨烯质料的辅佐下，在室温条件下（25℃）直接将天然气的主要身分甲烷催化而且转化为其他化合物，实现了化学规模“圣杯”式困难的重大打破，迈出了甲烷室温催化的第一步。

1. 石油化工

要领略什么是甲烷室温催化，还要从石油化工讲起。

石油化工和我们日常糊口息息相关，譬喻交通东西用到的汽油，包装用的塑料袋，以及建造衣服的各类化纤质料等等，都属于石油化工这个领域。石油化工是干系着能源的主要供给者，也是质料家产的支柱之一。

石油化工主要指以石油和天然气为原料，出产石油产物和石油化工产物的加工家产。出产石油产物就是炼油，主要包罗各类燃料油（汽油、火油、柴油等）、润滑油，及液化石油气、沥青等。

出产石油化工产物主要分两部门：首先是对原料油和睦举办裂解，生成以乙烯等为代表的根基化工原料， PX（二甲苯）项目就属于这一类。然后用这些根基化工原料，又可以继承出产更多化工原料和合成高分子质料，包罗塑料、合成纤维、合成橡胶等。好比用乙烯作原料出产的聚乙烯，就是我们常见的塑料包装袋的质料。

可以说，我们日常糊口中的“衣、食、住、行”样样都离不开石化产物。没有石油化工出产出来的根基化工原料，制药厂就没有化学原料来制备药品，纺织厂也没有化纤来做衣服，矿泉水公司就没有塑料瓶来装水，汽车厂没有橡胶来建造车胎……

2.从石油到天然气

作为石油化工原料之一的天然气，也跟石油一样，既可以用作能源燃料，也可以用于合成根基化工原料。由于天然气储量远远高出石油储量，有大概将来代替石油成为主要能源和化工原料。

天然气主要身分是甲烷。今朝人们凡是利用间接转化法将甲烷转化，就是先让水蒸气和甲烷一起产生化学回响，生成一氧化碳和氢气的殽杂气体，再让殽杂气体产生化学回响合成其他化工原料及油品。这种要领较量巨大、耗损能量大、出产本钱高。

甲烷的直接转化操作，就是省去了水蒸气和甲烷回响生成殽杂气体的环节，直接由甲烷转化为化工原料。因为少一道工序，甲烷的直接转化在化工出产中就更有吸引力。然而，由于甲烷的分子布局很是不变，要让它产生化学回响直接转化所需要的能量很高，回响不容易举办。

3. 催化剂及化工利用近况

有一种要领可以或许让化学回响变得更容易更高效，就是利用催化剂。催化剂又称触媒，是能通过提供另一活化能较低的回响途径而加速化学回响速率，而自己的质量、构成和化学性质在介入化学回响前后保持稳定的物质。

催化剂的发明源于一次有趣的偶尔事件。1835的一天，瑞典化学家贝采里乌斯的老婆过生日，他从尝试室回家，客人们纷纷碰杯向他祝贺，他顾不上洗手就接过一杯蜜桃酒一饮而尽。当他本身斟满第二杯酒干杯时，却发明是酸的，还觉得是老婆错把醋当酒给他喝了。

于是他仔细调查，发明羽觞里有少量玄色粉末，正是他手上沾的铂金粉末，铂金粉末像变把戏一样把蜜桃酒“变”成了醋酸。他很是欢快，厥后研究发明，是铂金粉末加速了乙醇（酒精）和氛围中的氧气产生化学回响，生成了醋酸。铂金粉末就是人类发明的第一种催化剂。

今朝甲烷的直接转化所选用的催化剂是传统的过渡金属，如铁、铁钴等、，但回响仍然需要在600~1100℃这样高的温度下才气够举办。假如有一种催化剂，可以或许低落甲烷直接转化的回响温度，将节减大量的能耗，对基本研究和家产应用具有重要意义。

4. 甲烷室温转化与纳米限域催化