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隨著水力壓裂技術(shù)的進步，天然氣田的豐富蘊藏量正逐漸展露眼前。天然氣的主要成分是甲烷。目前，大部分產(chǎn)生的甲烷被燃燒用于加熱，運輸和發(fā)電目的。同時煤氣檢測儀，甲烷是人類活動釋放的第二大溫室氣體，對全球變暖的危害性比二氧化碳還要高25倍。因此甲烷，提純甲烷、發(fā)展甲烷轉(zhuǎn)化技術(shù)，是高效清潔地利用甲烷的重要前提。

目前工業(yè)途徑是通過蒸汽或干重整，以產(chǎn)生合成氣（CO和H的混合物），隨后費-托合成或合成甲醇的。通過高于700℃的高溫制造蒸汽不僅需要巨大的能量輸入，且焦化會導致催化劑失活。另外一種方法是在溫和條件下，使用介質(zhì)將甲烷直接轉(zhuǎn)化成化學品或液體燃料。但這些方法通常涉及腐蝕性氧化劑或昂貴的介質(zhì)，如H2?2，發(fā)煙硫酸，三氟乙酸和氫溴酸，同樣不適合于商業(yè)化。

為了解決甲烷的清潔利用問題，中國科學技術(shù)大學合肥微尺度物質(zhì)科學國家研究中心和中國科技大學化學物理系的聯(lián)合團隊利用水作為催化劑，借助光照的溫和加熱，與單原子金反應有毒氣體檢測儀，成功將甲烷溫和氧化為甲醇。

光催化提供一種有效的方法，以驅(qū)動在溫和條件下在熱力學非自發(fā)反應。研究人員采用黑磷Au1 / BP）納米片以吸收寬帶太陽能，提供反應當中的光催化條件。

當滿足在90°C的光照射下（1.2 W），放置在33 bar混合氣體（CH4：O2=10：1）加壓的水中，Au1 / BP納米片的質(zhì)量活性為113.5μmolg催化劑-1?= 10：1）這三個條件時，甲烷氧化過程中，甲醇的選擇性高達> 99％。

機理研究表明甲烷，水有助于O2的活化，在光照射下產(chǎn)生活性羥基和?OH自由基。羥基與甲烷在Au單原子處反應形成水和CH3物種甲烷，然后通過?OH自由基將CH3氧化為甲醇。考慮到整個過程中水的循環(huán)利用，我們也可以將水視為催化劑。

該研究對于高效清潔利用甲烷提供了新的可能性，為保障我國能源安全，解決化工業(yè)對石油資源的高度依賴具有重大意義。

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