Из металлорганического каркаса создали «Священный Грааль»
Изображение: Jill Hemman / ORNL
Международная группа исследователей под руководством ученых Манчестерского университета создала быстрый и экономичный метод преобразования метана в метанол с помощью света при температуре и давлении окружающей среды. О подробностях метода, названного «Священным Граалем» катализа, рассказывается в статье, опубликованной в журнале Nature Materials.
Эффективный метод включает непрерывный поток воды, насыщенной метаном и кислородом, через катализатор на основе металлорганического каркаса (MOF), который облучается светом. Металлорганические каскадные структуры представляют собой гибридные материалы из ионов или кластеров металлов, связанных друг с другом органическими соединениями. Каждый компонент MOF выполняет определенную функцию, например, улавливает кванты света, переносит электроны или предоставляет энергию для связывания метана с кислородом. Жидкий метанол затем легко экстрагируется из воды.
Основная проблема преобразования метана (CH4) в метанол (CH3OH) заключается в разрыве прочной химической связи углерод-водород (CH) для внедрения атома кислорода (O) с образованием связи C-OH. Традиционные методы требуют высокой температуры и давления. В новом методе с использованием MOF процесс идет при комнатных условиях, при этом он не образует нежелательных побочных продуктов. Сам катализатор можно повторно использовать не менее 10 циклов, что соответствует 200 часам реакции без какой-либо потери производительности.
По принципу работы MOF напоминает фотосистемы у растений, которые в процессе фотосинтеза конвертируют энергию солнечных лучей в энергию химических связей. Катализ превращения метана в метанол по эффективности можно сравнить с биологическим ферментом метанмонооксигеназой у метанотрофных бактерий.
Хранение метана, который является широко используемым энергоносителем, сопряжено с его негативным воздействием на окружающую среду. Поэтому специалисты ищут экономичные способы преобразовать его в метанол, который является более универсальным источником углерода, чем метан, и представляет собой легко транспортируемую жидкость. Его можно использовать для производства таких продуктов, как растворители, антифризы, акриловые пластмассы, синтетические ткани и волокна, а также клеи, краски и химические агенты, используемые в фармацевтике и агрохимической промышленности.
