IT之家 11 月 2 日消息，中国科学技术大学教授曾杰团队在低温甲烷氧化制乙酸研究方面取得重大突破，成功研发出一种分子筛负载的金-铁双金属催化剂，可在水中以氧气为氧化剂，并在一氧化碳存在下将甲烷氧化为乙酸。该研究成果已发表在国际顶级化学期刊《德国应用化学》上，为低温高效转化甲烷这一全球性难题提供了新的解决方案。
低温甲烷氧化制乙酸：挑战与机遇
甲烷是地球上储量最丰富的天然气成分，也是重要的化工原料。然而，由于甲烷的化学惰性和氧气的低活性，在低温下以氧气氧化甲烷制乙酸面临着巨大挑战。目前，工业上通常采用高温高压条件下进行甲烷氧化，不仅能耗高，而且会产生大量的二氧化碳，对环境造成污染。因此，开发一种高效、低温、环保的甲烷氧化制乙酸技术具有重要意义。
中国科大团队的创新突破
曾杰教授团队的突破性进展在于他们巧妙地利用了金纳米粒子、原子级分散的铁物种以及一氧化碳的协同作用。金纳米粒子能够催化一氧化碳、氧气和水生成活性羟基物种，而原子级分散的铁物种则能够促进羟基介导的甲烷氧化和碳-碳偶联过程，最终生成乙酸。
高效催化剂：性能优异，可循环利用
该团队研发的分子筛负载的金-铁双金属催化剂在 120℃反应 3 小时的条件下，实现了 5.7 毫摩尔每克的乙酸收率，液相产物中乙酸选择性达到 92%。更为重要的是，该催化剂在 60℃依然表现出活性，这在以往的甲烷氧化制乙酸技术中是难以实现的。此外，该催化剂还具有良好的稳定性和循环使用性能，能够被多次循环使用，进一步降低了生产成本。
深化对氧化剂作用的认知
该研究不仅为低温下将甲烷氧化为乙酸提供了高效催化剂，还深化了科学家对氧化剂作用的认知。研究表明，一氧化碳在水存在下能够辅助氧气活化为活性羟基物种，而活性羟基物种则是甲烷氧化和碳-碳偶联的关键中间体。
未来应用前景广阔
该研究成果为低温甲烷氧化制乙酸提供了新的思路，具有重要的理论和应用价值。未来，该技术有望在以下方面得到应用：
- 高效利用天然气资源： 将甲烷转化为高附加值的乙酸，可以提高天然气的利用效率，并减少温室气体排放。
- 发展绿色化学工艺： 该技术采用低温、环保的反应条件，符合绿色化学的发展趋势。
- 拓展其他化学反应： 羟基介导的策略在乙烷氧化制丙酸和丙烷氧化制丁酸中也具有应用前景，为开发新的催化反应提供了新的思路。
结语
中国科大团队的这项研究成果是近年来低温甲烷氧化制乙酸研究领域取得的重大突破，为解决全球能源和环境问题提供了新的解决方案。相信随着该技术的进一步发展和应用，将为人类社会带来更大的经济效益和环境效益。
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