記者9日從中國(guó)科學(xué)院獲悉，該院大連化學(xué)物理研究所包信和院士團(tuán)隊(duì)基于“納米限域催化”的新概念，創(chuàng)造性構(gòu)建出硅化物晶格限域的單中心鐵催化劑，成功實(shí)現(xiàn)甲烷在無(wú)氧條件下選擇活化，一步高效生產(chǎn)乙烯、芳烴和氫氣等高值化學(xué)品。

    中國(guó)科學(xué)家完成的這一重要科研成果，發(fā)表于當(dāng)天出版的最新一期國(guó)際權(quán)威期刊《科學(xué)》，并通過(guò)《專利合作條約》(PCT)專利申請(qǐng)，進(jìn)入美國(guó)、俄羅斯、日本、歐洲和中東等國(guó)家和地區(qū)。目前，中外多家能源和化學(xué)企業(yè)等都對(duì)這一產(chǎn)業(yè)變革性技術(shù)表現(xiàn)出極大興趣。

    包信和團(tuán)隊(duì)在20多年甲烷催化轉(zhuǎn)化研究基礎(chǔ)上，將具有高催化活性的單中心低價(jià)鐵原子通過(guò)兩個(gè)碳原子和一個(gè)硅原子鑲嵌在氧化硅或碳化硅晶格中，形成高溫穩(wěn)定的催化活性中心;甲烷分子在配位不飽和的單鐵中心上催化活化脫氫，獲得表面吸附態(tài)的甲基物種，進(jìn)一步從催化劑表面脫附形成高活性的甲基自由基，在氣相中經(jīng)自由基偶聯(lián)反應(yīng)生成乙烯和其他高碳芳烴分子，如苯和萘等。

    與天然氣轉(zhuǎn)化的傳統(tǒng)路線相比，包信和團(tuán)隊(duì)的研究徹底摒棄高耗能的合成氣制備過(guò)程，大大縮短工藝路線，反應(yīng)過(guò)程本身實(shí)現(xiàn)二氧化碳的零排放，碳原子利用效率達(dá)到100%。

    加州大學(xué)伯克利分校貝爾教授評(píng)價(jià)稱，該成果使甲烷直接轉(zhuǎn)化研究又向前邁出嶄新的一步，可能成為未來(lái)產(chǎn)業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)。德國(guó)巴斯夫集團(tuán)副總裁穆勒認(rèn)為它是一項(xiàng)“即將改變世界”的新技術(shù)，未來(lái)推廣應(yīng)用將為天然氣、頁(yè)巖氣高效利用開(kāi)辟一條全新的途徑。北京大學(xué)納米科學(xué)與技術(shù)研究中心主任劉忠范院士表示，甲烷無(wú)氧直接催化轉(zhuǎn)化新成果，為高效利用豐富的天然氣資源和在中國(guó)形成具有原創(chuàng)性知識(shí)產(chǎn)權(quán)的甲烷綠色轉(zhuǎn)化新技術(shù)奠定了理論基礎(chǔ)。

    據(jù)了解，隨著世界范圍內(nèi)富含甲烷的頁(yè)巖氣、天然氣水合物、生物沼氣等大規(guī)模發(fā)現(xiàn)與開(kāi)采，以儲(chǔ)量相對(duì)豐富和價(jià)格低廉的天然氣替代石油生產(chǎn)液體燃料和基礎(chǔ)化學(xué)品，已成為學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界研發(fā)重點(diǎn)，科學(xué)家們一直在努力探索天然氣直接轉(zhuǎn)化利用的有效方法與過(guò)程。