Ученые из Брукхейвенской национальной лаборатории продемонстрировали перспективный новый подход к преобразованию метана в ценные жидкие химикаты и транспортное топливо. Они доказали, что широко доступный промышленный катализатор может обеспечить высочайшую эффективность химических реакций без использования дефицитных драгоценных металлов. Статья опубликована в журнале Advanced Functional Materials.
Метан является основным компонентом природного газа, однако из-за его летучего газообразного состояния безопасная транспортировка и последующая переработка с удаленных месторождений часто оказываются экономически невыгодными. Из-за этого излишки газа зачастую просто сжигают в факелах или выбрасывают прямо в атмосферу, усугубляя парниковый эффект.
В новой работе исследователи наглядно показали, как дисульфид молибдена (MoS2) способен избирательно превращать метан в метилпероксид и другие жидкие оксигенатные соединения при температуре ниже 100 . Полученный метилпероксид, в свою очередь, является идеальным прямым предшественником для промышленного производства метанола — ценного энергоемкого жидкого топлива.
Сам дисульфид молибдена вызывает особый интерес у химиков-технологов из-за наличия в его составе серы. Ожидается, что этот материал будет полностью устойчив к высоким уровням сероводородных примесей в сыром природном газе, которые обычно очень быстро отравляют традиционные катализаторы, используемые на нефтеперерабатывающих заводах.
Как гидроксильные радикалы разрушают связи
Для тщательного отслеживания реакций команда использовала передовые инструменты мощного источника синхротронного излучения NSLS-II. Исследование было объективно сложным, так как протекающая реакция объединяет сразу три фазы: газообразный метан, твердый дисульфид молибдена и жидкий водный раствор перекиси водорода.
Ключевым открытием в этой трехфазной системе стала неожиданная роль перекиси водорода. Выяснилось, что при ее естественном химическом распаде образуются высокореактивные гидроксильные радикалы. Твердый катализатор MoS2 выступает в качестве мощного антиоксиданта: он аккуратно улавливает эти радикалы и направляет их буйную энергию на разрушение прочных углерод-водородных связей исключительно в молекулах метана, полностью избегая нежелательных побочных реакций.
Ранее ученые создали электрокатализатор, который превращает загрязненную воду в удобрения и полимеры.
