Репортаж от Wedoany，Брукхейвенская национальная лаборатория (Brookhaven National Laboratory, BNL) Министерства энергетики США (DOE) разработала недорогой и устойчивый к сере катализатор, способный превращать отходящий метан в легко транспортируемые ценные жидкие химикаты и топливо.
Исследование сосредоточено на широко распространённом в земной коре промышленном катализаторе — дисульфиде молибдена (MoS2). По словам исследовательской группы, при минимальной настройке этот катализатор способен селективно превращать метан в метилпероксид (methyl peroxide) и жидкие кислородсодержащие соединения при температуре ниже 212 градусов по Фаренгейту (100 градусов Цельсия). Метилпероксид является предшественником метанола — энергоёмкого жидкого топлива. Санжая Сенанаяке (Sanjaya Senanayake, доктор наук), научный сотрудник BNL и автор-корреспондент исследования, отметил, что катализатор демонстрирует очень высокий выход и селективность при получении важного предшественника метанола и многих других промышленных процессов.
Транспортировка метана из удалённых нефтегазовых месторождений требует дорогостоящей инфраструктуры, поэтому производители часто сбрасывают его или сжигают, что приводит к потере ресурсов и увеличению выбросов парниковых газов. Исследователи BNL полагают, что их катализатор может улавливать этот запертый метан и превращать его в транспортируемые жидкие химикаты. Метод использует готовый дисульфид молибдена, который по характеристикам сопоставим с более дорогими альтернативами, а в некоторых случаях превосходит их. Его устойчивость к сере является ещё одним важным преимуществом: соединения серы в сыром природном газе деактивируют традиционные катализаторы, в то время как богатый серой состав дисульфида молибдена делает его естественно устойчивым к этим загрязнителям. Хуан Хименес (Juan Jiménez, доктор наук), научный сотрудник лаборатории и соавтор исследования, отметил, что команда разрабатывает комбинации различных материалов для работы с разнообразным составом природного газа в США и за рубежом.
Чтобы понять принцип работы катализатора, команда использовала несколько линий пучков Национального источника синхротронного излучения II (National Synchrotron Light Source II, NSLS-II) BNL для наблюдения в реальном времени. Рентгеновская спектроскопия показала, что при температуре 167 градусов по Фаренгейту катализатор реагирует с метаном и разбавленным водным раствором пероксида водорода, превращая метан в жидкие кислородсодержащие соединения с полной селективностью в отношении целевого семейства продуктов. Его характеристики сопоставимы с дорогими катализаторами из палладия или родия, а в некоторых случаях превосходят их. Хименес отметил, что можно создать чрезвычайно активный катализатор без сложного синтеза. Дальнейшие испытания показали, что катализатор становится более металлизированным в процессе работы, что позволяет электронам свободно перемещаться и участвовать в реакции, сохраняя при этом стабильную кристаллическую структуру, что свидетельствует о его долговечности и возможности повторного использования. Исследование показало, что гидроксильные радикалы, образующиеся при естественном разложении пероксида водорода, играют ключевую роль в разрыве прочных углерод-водородных связей метана, а катализатор направляет эти радикалы на получение единственного целевого продукта.
Учёные заявляют, что эти открытия могут привести к созданию более дешёвых и устойчивых к сере катализаторов для метана. Брукхейвенская научная ассоциация (Brookhaven Science Associates) уже подала предварительную заявку на патент на использование этого катализатора. Исследование опубликовано в журнале «Advanced Functional Materials».
