中國科學院深圳先進技術(shù)研究院的電催化甲烷氧化轉(zhuǎn)化制酸和酮技術(shù)取得進展

近日，中國科學院深圳先進技術(shù)研究院醫(yī)工所納米調(diào)控與生物力學研究中心在電催化甲烷氧化轉(zhuǎn)化研究方面獲得進展。相關(guān)成果以“利用ZrO2NiCo2O4準固溶體納米線作為電催化陽極催化劑進行甲烷氧化生成酸和酮”為題，發(fā)表于催化領(lǐng)域期刊《應(yīng)用催化B-環(huán)境》(Applied Catalysis B：Environmental)。

甲烷氣體作為低二氧化碳釋放的燃料備受關(guān)注，但其溫室效應(yīng)是二氧化碳的30倍，在開采運輸過程中的泄漏會導致一系列環(huán)境問題及氣候變化。因此，將甲烷轉(zhuǎn)化成液態(tài)燃料進行存儲及運輸，可較好解決上述問題。

目前，研究者針對甲烷氧化轉(zhuǎn)化的工作進行了大量的研究，但多種轉(zhuǎn)化手段需要的條件都相對苛刻，比如需要高溫高壓反應(yīng)、利用貴金屬催化劑等。而電化學催化轉(zhuǎn)化過程可在常溫下進行，且具備長時間連續(xù)反應(yīng)的潛力，有利于產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)化生產(chǎn)。

該研究團隊成功研發(fā)出一種新型ZrO2NiCo2O4準固溶體陽極催化劑，并利用該催化劑實現(xiàn)了甲烷電催化轉(zhuǎn)化生成丙酸和丙酮等，反應(yīng)20 h后，甲烷轉(zhuǎn)化效率達到47.5%。該ZrO2NiCo2O4催化劑中，NiCo2O4作為甲烷氧化轉(zhuǎn)化的主要催化成分，利用Ni原子較高的催化活性實現(xiàn)了甲烷的快速氧化，使得正丙醇和異丙醇成為初步的中間產(chǎn)物。隨著反應(yīng)時間的延長，正丙醇和異丙醇進一步被氧化成丙酸和丙酮，為該甲烷氧化過程的最終產(chǎn)物，經(jīng)過20 h反應(yīng)后的丙酸收率為1 173 μmol(g·h)。