在 2022 年 6 月 30 日出版的《自然》杂志上，美国橡树岭国家实验室（ORNL）的一支研究团队，介绍了使用光催化剂在室温下将甲烷（CH₄）转化成甲醇（CH₃OH / CH₄O）的新方法。事实上，与常被人们提起的二氧化碳（CO₂）相比，甲烷的温室气体效应要高出 34 倍。因而若能将这项新技术推广开来，我们不仅能够帮助减少温室气体的排放、还找到了一种更清洁的方式来制造关键产品。
（图自：ORNL / Jill Hemman）
在工业生产中，甲醇可作为燃料、塑料、建材等一系列产品的中间产物。但现阶段的主要问题，还是在于需要高温高压条件（能源密集型）来完成转换。
近年来，科学家们一直在积极试验新型催化剂，尤其是能够在常温常压下将甲烷转化成甲醇的技术路线 —— 比如钛 / 铜催化剂，以及改进的铁沸石晶体法。
在这项新研究中，曼彻斯特大学携手 ORNL 研究人员，开发出了一种使用金属有机框架（MOF）作为催化剂的新技术 —— 不仅具有非常多孔的结构，其中包含的每种成分还都可在催化过程中发挥作用。
首先是将甲烷与氧气混入水中，然后连续流经 MOF 颗粒。接着将 MOF 暴露在阳光下引起化学反应，以将甲烷转化为液态甲醇，这样就能够轻松地从水中提取出来。
Found The holy grail of catalysis（via）
转化过程的关键，在于破坏甲烷中的碳氢键，以便插入一个氧原子以形成新键。而 MOF 中的成分，刚好能够吸收光并产生电子、并将之传递给流经 MOF 的氧气和甲烷，以使之结合形成甲醇。
测试期间，这种固体催化剂能够相当高效地工作，并且能够在洗涤后重复使用至少 10 次、反应时间至少为 200 小时。
随着工艺的进一步改进，未来这项技术还有助于实现更少的甲烷排放、同时减少甲醇生产过程中的碳足迹。
有关这项研究的详情，还请移步至 2022 年 6 月 20 日出版的《自然》（Nature）杂志上查看。
原标题为《Direct photo-oxidation of methane to methanol over a mono-iron hydroxyl site》。