天然氣水合物(可燃冰)是蘊(yùn)藏在中國(guó)南海的巨大戰(zhàn)略能源寶庫(kù)，其主要成分甲烷，是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的關(guān)鍵一環(huán)。然而，甲烷分子結(jié)構(gòu)異常穩(wěn)定，傳統(tǒng)的工業(yè)利用方式如同“大火猛攻”，需在高溫高壓下進(jìn)行粗放式轉(zhuǎn)化，不僅能耗巨大，且大量甲烷被過(guò)度氧化為二氧化碳，造成能源和資源的雙重浪費(fèi)。因此，如何在溫和條件下實(shí)現(xiàn)原子級(jí)的精準(zhǔn)調(diào)控，將甲烷直接、高效地轉(zhuǎn)化為甲醇，一直是全球催化化學(xué)領(lǐng)域的“圣杯級(jí)”挑戰(zhàn)。
面向世界科技前沿和國(guó)家重大需求，在這一背景下，海南大學(xué)海洋清潔能源創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)為國(guó)家“可燃冰”開(kāi)發(fā)利用提供了一份“海南方案”。他們巧妙地設(shè)計(jì)出一種納米級(jí)別的鈀(Pd)催化劑，通過(guò)對(duì)晶面的精密“裝修”，能夠精準(zhǔn)識(shí)別并激活甲烷分子。更關(guān)鍵的是，它對(duì)目標(biāo)產(chǎn)物甲醇具有一種“快速釋放”的特性：一旦寶貴的甲醇分子生成，催化平臺(tái)會(huì)立即將其“彈出”，避免其在反應(yīng)環(huán)境中停留過(guò)久而被過(guò)度氧化。這項(xiàng)突破性技術(shù)實(shí)現(xiàn)了兩大創(chuàng)新，一是根據(jù)最終實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，甲醇的選擇性高達(dá) 99.7%，幾乎實(shí)現(xiàn)了“零損耗”的完美轉(zhuǎn)化;二是整個(gè)過(guò)程僅需 70℃的低溫，這意味著未來(lái)的工業(yè)化生產(chǎn)將更安全、更節(jié)能、更環(huán)保，具備了極高的商業(yè)應(yīng)用潛力和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
從南海深處開(kāi)采的“可燃冰”，有望在海南本地被高效、低成本地轉(zhuǎn)化為清潔的甲醇燃料。同時(shí)，甲醇作為“化工之母”，可以進(jìn)一步合成為新材料、特種纖維等各類高附加值產(chǎn)品，進(jìn)入千家萬(wàn)戶。這不僅將極大提升我國(guó)的能源安全保障能力，更意味著海南有望成為全球深海能源開(kāi)發(fā)與利用的技術(shù)策源地和產(chǎn)業(yè)集聚地。
據(jù)悉，該成果是海南大學(xué)海洋清潔能源創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)繼 2024 年通過(guò)調(diào)控超薄 PdxAuy 納米片上金原子的覆蓋率，揭示甲烷直接氧化制甲醇微觀機(jī)制的基礎(chǔ)上又一個(gè)未來(lái)突破。未來(lái)，團(tuán)隊(duì)將充分發(fā)揮海南大學(xué)海洋清潔能源創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)一流科研平臺(tái)優(yōu)勢(shì)，推動(dòng)綠色催化技術(shù)產(chǎn)業(yè)化，為碳中和政策提供科學(xué)支撐，真正實(shí)現(xiàn)從實(shí)驗(yàn)室到產(chǎn)業(yè)的全鏈條創(chuàng)新，為能源與環(huán)境的全球挑戰(zhàn)貢獻(xiàn)“海南方案”。
