甲烷是天然气、页岩气等的主要成分，储备量相对丰厚、价格低廉。甲醇是生成根底化学品的重要渠道分子，具有高附加值和高使用价值。这两个“姓甲的兄弟”，一个具有产值优势，一个极具产品优势，科学家一向想为两兄弟牵牵线搭搭桥，但甲醇过于生动的“性情”却让其选择性活化和定向转化成为世界性难题。

  经过3年多的会集攻关，浙江大学肖丰盈教授和王亮研讨员团队，构筑起了一系列“分子围栏”多相催化剂系统，在70℃的温文条件中将甲烷高功率转化为甲醇，转化率为17.3%，甲醇选择性到达92%，是当时的最高水平。

  这项研讨于北京时间1月10日，被世界尖端杂志《科学》在线级博士生金竹为论文榜首作者，浙江大学肖丰盈教授和王亮研讨员为论文通讯作者，浙江大学是本论文的仅有通讯单位。

  氢气与氧气反响生成俗称为双氧水的过氧化氢，双氧水再经过催化剂与甲烷反响生成甲醇。这是摆在教科书中的一个化学式，但要在试验中置备却十分难。该课题组经过多年研讨，在此之前甲烷的转化率很难打破3%。这是由于，“调皮”的双氧水一旦生成，会很快跑走被稀释而不与甲烷充沛反响。别的“生动”的甲醇也会与甲烷竞赛跟双氧水发生反响。

  一般，工业生产甲醇是从煤化工中制备，并可用于烯烃和芳烃的组成。作为一个重要的渠道分子，甲醇是根本有机质料之一，在化工范畴中有着无足轻重的位置。比如能够用作清洗去油剂、成长促进剂，还能够作为农药、医药的质料，这其间十分重要的一点是甲醇能够制备有着“化工之母”之称的乙烯、丙烯。

  说回甲烷变甲醇反响，那个反响低功率问题就摆在那几十年，科学家们想着各种办法要把功率提高上去，便是拿这对兄弟毫无办法。

  肖丰盈和王亮团队，从怎么让锁住调皮的双氧水视点动身展开研讨。他们想到农村中的羊圈，经过围栏让羊群无法跑走。“何不试试在反响中也加一个围栏，圈住双氧水。”肖丰盈说便是这么灵光一现的主意，他们就便着手试验，很快就成功了。

  他们做的分子围栏十分十分小，厚度只要分子标准，圈住的规模只要几百纳米，是在沸石晶体外表刷了一层疏水长链烷烃。“咱们用长链烷烃来做‘分子围栏’，这样亲水的过氧化氢被围在了催化剂里，无法分散出去。”王亮介绍，而氢气、氧气和甲烷却仍然能够进入反响区，一起甲醇生成后能很快跑出来，不会和甲烷竞赛反响。

  便是这么一层“分子围栏”，在试验中将双氧水的富集浓度到达一万倍，让甲烷氧化反响加速进行。王亮给记者打了个比如，这就如同敷面膜牢牢锁住了水分，只不过这儿锁的是 “双氧水”。

  图例：（上）催化剂对过氧化氢分子的围栏效应，导致过氧化氢高浓度富集在沸石晶体内部；（下）一般催化剂无围栏效应，过氧化氢被快速稀释。

  《科学》杂志的匿名评定表明，这项作业针对十分具有挑战性的催化反响，奇妙地规划了与反响过程相匹配的“分子围栏”的催化剂。

  这个结构妙在哪？在分子筛晶体几百纳米的反响区，科研团队还在“螺蛳壳里做道场”。用肖丰盈的话说，整个结构就像是一个鸡蛋：“金属催化剂是蛋黄，沸石分子筛是蛋清，分子围栏是蛋壳。”

  A-C：分子围栏催化剂的示意图及TEM相片；外层蓝色部分代表疏水层，内部红球代表金属纳米颗粒，灰色部分是沸石骨架。D-F：一般负载催化剂的示意图及TEM相片

  在催化剂的规划上，肖丰盈、王亮团队可谓用足了心思。他们用沸石分子筛紧紧地裹住金属纳米颗粒催化中心，就像蛋清裹住蛋黄相同，也就把金属催化中心安定了在傍边，不会再跑来跑去集合在一起了。而这个沸石分子筛，是炼油催化剂十分重要的成员，它能像筛子相同让需求反响的分子“通行”而挡住不需求的其他物质。

  在曩昔十多年的作业里，肖丰盈一向致力于怎么将“蛋黄”更高效、绿色地镶嵌到“蛋清”中。经过特别工艺，科研人员将催化活性纳米颗粒嵌入沸石分子筛，就能让催化剂愈加安稳，然后能够将功率发挥到最大。除了高效外，这个催化剂在制备中更绿色，“由于咱们是经过无溶剂的方法来组成，不会发生污染，而传统的水热方法组成，有些分子筛每组成一吨甚至会发生一百吨废水。”

  正是经过对沸石分子筛许多的试验，课题组一步步摸准了催化剂的“脾气”。记者在试验室看到，台面上摆着一个个直筒型的反响釜。肖丰盈对记者说：“咱们试验室有3000个反响釜，咱们以群狼战术，在单位时间内尽或许做更多试验，快速找到有用途径。”

  当时跟着页岩气、海底可燃冰的进一步开发，甲烷在整个动力系统尤其是碳资源中将会扮演越来越重要的人物。关于未来的使用，肖丰盈说，从根底原理到规模化使用还有很长的路要走，“跟着甲烷变甲醇中附加值的提高，未来将有许多或许。”

  本研讨受到了国家自然科学基金的要点项目、优青项目、科技部要点研制方案项目、壳牌石油公司世界合作项目等赞助。部分试验得到了山西大学杨恒权教授课题组的协助。

  地址：浙江省杭州市西湖区余杭塘路866号，浙江大学紫金港校区东三105-9