由爱荷华州立大学制作
信用:Pixabay/CC0公共领域
甲烷比其他温室气体产生更多的变暖，是美国新宣布的温室气体排放的目标
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排放限制，是很难打破和保持在大气之外
这并不是说天然气的主要成分在化学上很复杂
一个甲烷分子只有一个碳原子和四个氢
但是这些碳氢键很难被打破
典型地，这包括高温和将可燃气体与氧气混合以产生合成气来制造甲醇和氢气来制造氨
这是昂贵的，并有潜在的爆炸性
其他的转化反应效率不高，并且会产生大量的温室气体，二氧化碳
那么，有没有另一种方法可以利用甲烷并将其排除在大气之外？安全高效的？一个有价值的人？有助于对抗气候变化的？ 经过几年的实验失败和发现，吴越和他在爱荷华州立大学的研究小组一直在寻找实现这一切的方法
现在，他们和一组合作者发现并测试了一种催化剂技术，这似乎是一个答案
“这些结果为这一长期挑战提供了一个潜在的解决方案，并代表了将甲烷转化为乙烷或乙烯的最佳稳定性、转化率和选择性，乙烷或乙烯是现代石化工业的两种主要前体，”赫伯特·吴(Herbert L
爱荷华州立大学化学工程教授
最近发表在《自然催化》杂志上的一篇研究论文报道了这一发现
吴和印第安纳州普渡大学戴维森化学工程学院的高级研究工程师是相应的作者
李哲于2019年在爱荷华州获得博士学位，现在是马里兰州约翰·霍普金斯大学的博士后研究员，他是第一作者
(更多合作作者请参见侧栏
) 爱荷华州立大学创新商业化办公室正在为这项技术申请专利
失败导致成功 该催化剂由一层或两层铂组成，每层只有一个原子厚，沉积在被称为“MXenes”的二维金属碳化物结构上
“在这种情况下，结构由碳、钼和钛制成
吴说，他的研究小组发现，薄层基本上允许每个铂原子用作催化剂，并防止形成覆盖和钝化铂的残留物
这意味着制造催化剂需要更少的铂
吴说，大约五年前，在海军研究办公室的支持下，他的团队开始研究碳化物——碳和金属的组合
最初的工作是确定各种碳化物的电学和热学性质
但是这项工作并没有像预期的那样进行——这种材料的导热率比预期的要低得多
吴说:“你可以认为这是一次失败。”
但是，研究人员发现MXene表面非常活跃，能够吸收许多分子
因此，在吴的斯泰尔斯教授职位和爱荷华州立工程学院的支持下，吴的研究小组开始研究这些MXenes作为潜在的催化剂
“我们从未见过碳化物如此活跃，”吴说
“它通常非常惰性
例如，它用于高速钻头——表面坚硬且惰性
" 他们开始使用该技术从页岩气中去除氢气，页岩气是在页岩岩层中发现的天然气
这项工作发展到研究其他涉及天然气的反应
“以前没有人试图将这些碳化物用于这些高容量反应，”吴说
吴说，甲烷转化为乙烷/乙烯的关键是使碳化物足够纯净，并使表面清洁到足以支持反应
没问题，在连续操作的固定床反应器中，这些反应显示出约7%的甲烷转化率和约95%的乙烷/乙烯选择性
这些产品可以转化成塑料和树脂，比如常见的聚乙烯塑料
吴写道:“值得注意的是，这些新型催化剂连续运行72小时，没有任何失活迹象，这表明有望向适合工业规模开发的技术迈进。”
这都是非常好的消息，他说
毕竟，甲烷排放是气候变化的一个重要因素，以至于在最近于苏格兰格拉斯哥举行的联合国气候变化峰会第26届缔约方大会上，世界各国领导人采取措施限制甲烷排放
美国总统乔·拜登宣布
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将采取措施限制现有石油和天然气作业的甲烷排放
100多个国家还签署了一项全球甲烷承诺，在未来九年内将甲烷排放量减少30%
研究人员的新催化剂技术可以推进这些阻止甲烷进入大气的努力
吴称这项技术是“革命性的”，他说这“打开了未来减少甲烷及其燃烧产物二氧化碳排放的大门”
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