中国科学院深圳先进技术研究院的电催化甲烷氧化转化制酸和酮技术取得进展

近日，中国科学院深圳先进技术研究院医工所纳米调控与生物力学研究中心在电催化甲烷氧化转化研究方面获得进展。相关成果以“利用ZrO2NiCo2O4准固溶体纳米线作为电催化阳极催化剂进行甲烷氧化生成酸和酮”为题，发表于催化领域期刊《应用催化B-环境》(Applied Catalysis B：Environmental)。

甲烷气体作为低二氧化碳释放的燃料备受关注，但其温室效应是二氧化碳的30倍，在开采运输过程中的泄漏会导致一系列环境问题及气候变化。因此，将甲烷转化成液态燃料进行存储及运输，可较好解决上述问题。

目前，研究者针对甲烷氧化转化的工作进行了大量的研究，但多种转化手段需要的条件都相对苛刻，比如需要高温高压反应、利用贵金属催化剂等。而电化学催化转化过程可在常温下进行，且具备长时间连续反应的潜力，有利于产业化转化生产。

该研究团队成功研发出一种新型ZrO2NiCo2O4准固溶体阳极催化剂，并利用该催化剂实现了甲烷电催化转化生成丙酸和丙酮等，反应20 h后，甲烷转化效率达到47.5%。该ZrO2NiCo2O4催化剂中，NiCo2O4作为甲烷氧化转化的主要催化成分，利用Ni原子较高的催化活性实现了甲烷的快速氧化，使得正丙醇和异丙醇成为初步的中间产物。随着反应时间的延长，正丙醇和异丙醇进一步被氧化成丙酸和丙酮，为该甲烷氧化过程的最终产物，经过20 h反应后的丙酸收率为1 173 μmol(g·h)。