北海道大學(xué)的研究人員創(chuàng)造了一種改進(jìn)的催化劑，用于將甲烷氣體轉(zhuǎn)化為合成氣，合成氣是液體燃料和基礎(chǔ)化學(xué)品的前體。

合成氣，也稱(chēng)為合成氣，是主要由一氧化碳和氫氣組成的混合物，用于制造聚合物，藥物和合成石油。它是通過(guò)將甲烷暴露在900℃或更高的水蒸氣中制成的，這使得該方法成本高昂。

用于合成氣合成的甲烷的部分氧化比使用蒸汽更經(jīng)濟(jì)，但是用于該方法的催化劑存在問(wèn)題。貴金屬催化劑，例如銠和鉑，比賤金屬催化劑(例如鈷和鎳)更好并且在更低的溫度下工作，但它們也更昂貴。較便宜的賤金屬催化劑要求溫度高于800℃，超過(guò)工業(yè)不銹鋼反應(yīng)器的溫度范圍。它們?cè)诜磻?yīng)期間也通過(guò)再氧化和焦炭的積累而失活，焦炭是該方法的副產(chǎn)物，使得它們長(zhǎng)期成本高。

助手教授HirokazuKobayashi，AtsushiFukuoka教授和博士后YuhuiHou在北海道大學(xué)催化研究所工作，成功地制備了一種結(jié)合了貴金屬和賤金屬特性的催化劑。他們的催化劑克服了先前研究中遇到的挑戰(zhàn)，即在賤金屬催化劑中加入少量貴金屬，使其仍能在較低溫度下工作。

在CommunicationsChemistry發(fā)表的研究中，該團(tuán)隊(duì)成功地將賤金屬鈷顆粒分散到一個(gè)叫做沸石的礦床上。然后，他們?cè)阝掝w粒上加入少量貴金屬銠原子。

新的合成催化劑在650℃下成功地將86%的甲烷轉(zhuǎn)化為合成氣，同時(shí)保持其活性至少50小時(shí)。該反應(yīng)將鈷氧化成氧化鈷，其幾乎無(wú)活性。但由于含有銠，貴金屬會(huì)從甲烷或氫分子中產(chǎn)生氫原子。氫原子溢出到支撐材料上，溢出的氫將鈷氧化物轉(zhuǎn)變回鈷。然后鈷可以繼續(xù)充當(dāng)催化劑。鈷在沸石上的高分散也防止了反應(yīng)過(guò)程中焦炭的形成。

甲烷作為清潔能源的來(lái)源引起了人們的注意，因?yàn)榕c燃燒時(shí)的石油相比，甲烷只產(chǎn)生了一半的二氧化碳。此外，頁(yè)巖氣開(kāi)采的增加使甲烷成為更容易獲得的資源。“我們的催化劑可以在650°C下有效地將甲烷轉(zhuǎn)化為合成氣，這比傳統(tǒng)方法的溫度低得多。這可以更有效地利用甲烷，有助于低碳社會(huì)的發(fā)展，”HirokazuKobayashi說(shuō)。