В эпоху истощения запасов нефти природный газ становится все более актуальным, хотя его трудно транспортировать и сложно интегрировать в существующую промышленную инфраструктуру. Одним из решений этого является применение технологий «газ-жидкость». Они превращают метан, основной компонент природного газа, в так называемый синтез-газ, из которого впоследствии производятся метанол и углеводороды.
Затем эти жидкости отправляются химическим предприятиям или топливным компаниям по всему миру.Однако сегодня такой подход возможен только в очень больших масштабах. В настоящее время не существует химии «газ-жидкость» для экономичной переработки метана из более мелких источников в удаленных местах. Это породило множество исследований, касающихся химии конверсии метана.
Из всех концептуально многообещающих процессов меньшего масштаба для прямого превращения метана частичное окисление в метанол кажется наиболее жизнеспособным, поскольку оно позволяет снизить рабочие температуры, что делает его более безопасным и более энергоэффективным.Био-вдохновленный катализаторИсследовательская группа, объединяющая опыт Моника Тромпа (UvA / HIMS), Евгения Пидко и Эмиля Хенсена (Технологический университет Эйндховена), Марикруза Санчеса-Санчеса (Технический университет Мюнхена), а также Йоханнеса Лерчера (Технический университет Мюнхена и Тихоокеанская северо-западная национальная лаборатория. ) в настоящее время фокусируется на био-вдохновенном методе, обеспечивающем такое частичное окисление метана.В центре внимания команды находится модифицированный цеолит, высокоструктурированный пористый материал, разработанный исследовательской группой Lercher в Мюнхене.
Этот замещенный медью цеолит со структурой морденита имитирует реакционную способность фермента, который, как известно, эффективно и избирательно окисляет метан до метанола.В своей публикации в Nature Communications исследователи предоставляют беспрецедентное и подробное молекулярное понимание того, как цеолит имитирует активный центр фермента метанмонооксигеназы (MMO).Очень избирательный
Исследователи показывают, что микропоры цеолита обеспечивают идеальную замкнутую среду для высокоселективной стабилизации промежуточной молекулы медьсодержащего тримера. Этот результат следует из сочетания кинетических исследований в Мюнхене, расширенного спектроскопического анализа в Амстердаме и теоретического моделирования в Эйндховене. Были идентифицированы трехъядерные медь-оксокластеры, которые проявляют высокую реакционную способность по отношению к активации углерод-водородных связей в метане и его последующему превращению в метанол.«Разработанный цеолит — один из немногих примеров катализатора с четко определенными активными центрами, равномерно распределенными в каркасе цеолита — действительно одноцентровый гетерогенный катализатор», — говорит профессор Йоханнес Леркер. «Это позволяет достичь гораздо более высокой эффективности преобразования метана в метанол, чем с цеолитными катализаторами, о которых сообщалось ранее».
Кроме того, исследования показали однозначную связь структуры активных центров с их каталитической активностью. Это делает цеолит «более чем многообещающим» материалом для достижения уровней каталитической активности и селективности, сравнимых с ферментативными системами.