麻省理工学院的化学工程师们开发了一种催化剂，能够将甲烷转化为有价值的聚合物，这可能有助于减少温室气体排放。
甲烷虽然在浓度上低于二氧化碳，但由于其分子结构能够在大气中捕获更多的热量，显著助长了全球变暖。
麻省理工学院的化学工程师们推出了一种新型催化剂，可以将甲烷转化为有用的聚合物，这可能有助于减少温室气体排放。
该研究的高级作者、麻省理工学院化学工程的碳·P·杜布斯教授迈克尔·斯特拉诺表示：“寻找甲烷的解决方案一直是一个持续存在的问题。我们希望从大气中去除这一碳源，同时将其转化为有益的东西。”
这种创新催化剂在室温和常压下高效运作，可能简化并提高甲烷生产场所（如发电站和养殖场）的成本效益。
该研究的主要作者包括博士生丹尼尔·伦德伯格（Daniel Lundberg, PhD ’24）和麻省理工学院博士后金志敏（Jimin Kim）。该论文的其他贡献者还包括前博士后余铭图（Yu-Ming Tu）和博士后科迪·里特（Cody Ritt）。
捕获甲烷
甲烷是由产甲烷菌产生的——这些细菌在垃圾填埋场、湿地以及有机物腐烂的其他地方茁壮成长。农业是重要的甲烷源，而在运输、储存和燃烧天然气的过程中，甲烷也是副产品。总体来说，甲烷预计对全球变暖贡献约15%。
从本质上讲，甲烷由一个碳原子与四个氢原子结合而成。原则上，这种分子可以作为制造聚合物等有用产品的宝贵构件。然而，将甲烷转化为其他物质具有挑战性，因为必要的反应通常需要高温和高压。
为了在没有显著能量输入的情况下促进甲烷转换，麻省理工学院团队创建了一种杂合催化剂，由两种元素组成：一种沸石和一种天然酶。沸石是一种便宜、丰富的矿物，类似于黏土，以前在催化甲烷转化为二氧化碳方面被发现有效。
在这项研究中，研究人员使用了一种特定类型的沸石，即铁改性铝硅酸盐，以及一种称为醇氧化酶的酶，该酶被各种生物（包括细菌和植物）用于氧化醇。
这种杂合催化剂执行一个两步反应，其中沸石将甲烷转化为甲醇，酶进一步将其转化为甲醛。这个反应生成过氧化氢，然后回收回沸石，为甲烷转化为甲醇的初始反应提供所需的氧气。
这一系列反应在室温下进行，并不需要高压。催化剂颗粒悬浮在水中，从空气中吸收甲烷。研究人员设想在未来将催化剂应用于各种表面的涂层。
金志敏提到：“其他系统在高温高压下运行，并利用过氧化氢（一种昂贵的化学物质）来促进甲烷氧化。在我们的过程中，酶从氧气中产生过氧化氢，这表明我们的方法可能是经济高效且可扩展的。”
建筑聚合物
在生成甲醛后，研究人员展示了其在通过加入尿素（尿液中常见的一种氮化合物）创建聚合物的潜力。这种树脂状聚合物称为尿素-甲醛，目前用于制造如颗粒板和纺织品等产品。
研究人员预见到将这种催化剂纳入天然气运输管道的潜力。在这些管道内，催化剂可以生产一种作为密封剂的聚合物，有效修复经常导致甲烷泄漏的裂纹。根据研究人员的说法，它还可以作为一种薄膜应用于暴露于甲烷气体的表面，制造可用于生产的聚合物。
此外，斯特拉诺的实验室正在探索能够从大气中提取二氧化碳并将其与硝酸盐结合以生产尿素的催化剂。这种尿素可以随后与沸石-酶催化剂生成的甲醛混合，导致尿素-甲醛的生产。
