En ny måde at direkte omdanne metan til methanol ved hjælp af guld-palladium nanopartikler

Flydende methanol bruges i vid udstrækning som råstof til andre kemikalier og har også et stort potentiale som en alternativ brændstofkilde. Imidlertid, omdannelse af metan - den primære komponent i rigelig naturgas - til methanol opnås i øjeblikket ved en indirekte proces, der kræver høj varme og tryk.

Nu har forskere opdaget en ny tilgang, der gør det muligt direkte at omdanne metan til methanol ved hjælp af molekylært oxygen under meget mildere reaktionsbetingelser.

Et samarbejdesteam ledet af Graham J. Hutchings ved Cardiff Catalysis Institute, og Christopher J. Kiely ved Lehigh University, har brugt kolloid guld-palladium (Au-Pd) nanopartikler til direkte at oxidere metan til methanol med høj selektivitet i vandig opløsning ved lave temperaturer. Deres resultater er blevet offentliggjort i en artikel i Videnskab i dag:"Vandige Au-Pd-kolloider katalyserer selektiv CH4-oxidation til CH3OH med O2 under milde betingelser."

"Vores arbejde har vist, at hvis der kan etableres en stabil forsyning af methylradikaler - f.eks. ved at inkorporere en meget lille mængde hydrogenperoxid i reaktionsblandingen - så er den selektive oxidation af methan til methanol ved anvendelse af molekylær oxygen fuldstændig mulig, "sagde Kiely, Harold B. Chambers Senior Professor Materialevidenskab og kemiteknik ved Lehigh.

Denne seneste opdagelse er blevet styret af Kiely's og Hutchings 'mangeårige samarbejde om udvikling af Au-Pd nanopartikler som effektive katalysatorer for mange andre reaktioner.

Ifølge Kiely, forskerne var overraskede over at opdage, at for at denne særlige reaktion kunne fortsætte, havde de brug for Au-Pd-nanopartiklerne til at eksistere som frit svævende kolloider i en meget svag hydrogenperoxidopløsning, hvori de injicerede tryk i metan og iltgas.

"Normalt, når vi bruger Au-Pd-nanopartikler som katalysatorer, er de næsten altid spredt på oxidholdige overflader med højt overfladeareal, såsom titania, "sagde Kiely." I dette tilfælde er tilstedeværelsen af ​​den keramiske understøtning viste sig at være meget skadelig. "

I den kemiske industri omdannes methan i øjeblikket indirekte til methanol via produktion af syntesegas (CO + H2) ved høje temperaturer og tryk, hvilket er en dyr og energikrævende proces. De mest lovende kandidatprocesser, der hidtil er fundet til den direkte omdannelse af metan til methanol, har tendens til at være komplekse, ineffektiv, og kræver ofte meget høje temperaturer og aggressive reaktionsmiljøer.

"Den nye forenklede tilgang, vi har demonstreret, bringer os et skridt tættere på at gøre den direkte omdannelse af metan til methanol til et praktisk levedygtigt forslag, "sagde Kiely.