使用光代替热将甲烷转化为有用气体的环保催化剂

东京工业大学(Tokyo Tech)，国立材料科学研究所，高知工业大学，静冈大学和九州大学的科学家开发了一种催化剂，可以将大量的甲烷气转化为更有用的合成气。

与常规催化剂不同，该催化剂通过使用光在较低的温度下运行，从而在甲烷转化过程中节省了大量能量，并表现出更好的性能和较高的稳定性。

甲烷存在于地壳中非常丰富的天然气中，并且在现代应用中已发现许多用途，主要用作燃烧燃料。备选地，可以通过在所谓的甲烷干重整(DRM)中与二氧化碳反应，将甲烷转化为氢和一氧化碳的有用混合物，称为“合成气”。

DRM反应被称为“上坡”，因为它需要消耗外部能量。热反应器必须处于高于800°C的高温下才能有效转换。达到如此高的温度需要燃烧其他燃料，导致大量的温室气体排放，这是气候变化的主要原因。另外，由于聚集和碳沉淀(所谓的焦化)，高温的使用还引起常用催化剂的失活。

研究人员尝试使用光活化的光催化剂在较低的温度下驱动甲烷的转化，而不是解决DRM反应的热催化系统的此类缺点。尽管已经提出了各种类似光催化剂的材料，但是事实证明，在低温下获得可接受的转化性能具有挑战性。

幸运的是，包括Mashiro Miyauchi教授在内的一组研究人员确定了一种有前途的材料组合，这些材料可以作为将甲烷转化为合成气的有效光催化剂。更具体地说，研究人员发现钛酸锶与铑纳米颗粒的结合在光辐射下以比热反应器所需的温度低得多的温度将甲烷和二氧化碳转化为合成气。

研究人员确定，提出的光催化剂不仅比以前测试过的催化剂稳定得多，而且还避免了其他问题，例如催化剂颗粒的聚集(结块)和结焦(“发黑”)。最重要的是，正如Miyauchi教授所说：“所提出的光催化剂使我们大大超越了热催化剂的局限性，为合成气生产带来了高性能。”

研究人员还阐明了所提出的光催化剂导致甲烷转化率提高的物理机制。这种见解特别重要，因为它对其他类型的甲烷反应有影响。当前的系统需要紫外线(UV)辐射，这只是太阳光的一小部分。但是，“本研究提供了一种使用甲烷进行上坡反应的战略方法，并在化石燃料行业与可再生能源应用之间建立了联系。现在，我们正在开发对可见光敏感的系统。” Miyauchi教授总结说。这些发现有望有望导致更加环保的发展，并有助于将来减少碳排放。

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