Метан может превратиться в метанол при комнатной температуре — просто добавьте света

Хотя наибольшее внимание уделяется углекислому газу, он не единственный парниковый газ, меняющий климат Земли. Метан выбрасывается в меньших количествах, но его мощность в 34 раза выше, поэтому снижение его уровня остается приоритетом. Избыток метана в промышленных процессах часто сжигают, но при этом образуется CO2.

Обычно альтернативой является преобразование метана в метанол, который можно использовать для производства топлива, пластмассы и строительных материалов. Проблема в том, что процесс конверсии обычно требует высоких температур и давления, что делает его энергоемким.

В последние годы ученые экспериментировали с новыми катализаторами, которые обещают превратить метан в метанол при комнатной температуре и атмосферном давлении, включая титановый и медный катализатор, а также способы улучшения кристаллов железного цеолита.

Для нового исследования ученые из Манчестерского университета и Национальной лаборатории Ок-Риджа разработали новую методику с использованием металлоорганического каркаса (МОК) в качестве катализатора. Эти структуры чрезвычайно пористые, и в этом случае поры содержат множество компонентов, каждый из которых играет роль в каталитическом процессе.

Сначала метан и кислород смешиваются с водой, которая затем непрерывно протекает через гранулы МОК. Воздействие солнечного света на МОК запускает химическую реакцию, которая превращает газообразный метан в жидкий метанол, который затем можно легко извлечь из воды.

Главное, что делает это конкретное преобразование таким сложным, — это разрыв связи углерод-водород в метане, чтобы вставить атом кислорода для образования новой связи и получения метанола. В этом случае компоненты, содержащиеся в МОК, поглощают свет и генерируют электроны, которые затем передаются кислороду и метану, протекающим через них, заставляя их объединяться с образованием метанола.

В ходе испытаний твердый катализатор работал эффективно, его можно было промывать и повторно использовать не менее 10 раз в течение как минимум 200 часов реакции. При дальнейшей доработке метод может помочь сократить выбросы метана, а также уменьшить воздействие производства метанола на окружающую среду.

«Этот процесс был назван «Святым Граалем катализаторов», — считает Мартин Шредер, автор исследовани. «Вместо сжигания метана теперь можно преобразовать газ непосредственно в метанол - ценный химикат, который можно использовать для производства биотоплива, растворителей, пестицидов и присадок к топливу для транспортных средств. Этот новый материал МОК также может способствовать другим типам химических реакций, служа своего рода пробиркой, в которой сможем комбинировать различные вещества, чтобы увидеть, как они реагируют».

Исследование опубликовано в журнале Nature Materials.