天然氣水合物(可燃冰)是蘊藏在中國南海的巨大戰(zhàn)略能源寶庫，其主要成分甲烷，是實現(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，且大量甲烷被過度氧化為二氧化碳，造成能源和資源的雙重浪費。因此，如何在溫和條件下實現(xiàn)原子級的精準(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”挑戰(zhàn)。
面向世界科技前沿和國家重大需求，在這一背景下，海南大學(xué)海洋清潔能源創(chuàng)新團(tuán)隊為國家“可燃冰”開發(fā)利用提供了一份“海南方案”。他們巧妙地設(shè)計出一種納米級別的鈀(Pd)催化劑，通過對晶面的精密“裝修”，能夠精準(zhǔn)識別并激活甲烷分子。更關(guān)鍵的是，它對目標(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，催化平臺會立即將其“彈出”，避免其在反應(yīng)環(huán)境中停留過久而被過度氧化。這項突破性技術(shù)實現(xiàn)了兩大創(chuàng)新，一是根據(jù)最終實驗結(jié)果顯示，甲醇的選擇性高達(dá) 99.7%，幾乎實現(xiàn)了“零損耗”的完美轉(zhuǎn)化;二是整個過程僅需 70℃的低溫，這意味著未來的工業(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)價值。
從南海深處開采的“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，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)入千家萬戶。這不僅將極大提升我國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)隊繼 2024 年通過調(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制的基礎(chǔ)上又一個未來突破。未來，團(tuán)隊將充分發(fā)揮海南大學(xué)海洋清潔能源創(chuàng)新團(tuán)隊一流科研平臺優(yōu)勢，推動綠色催化技術(shù)產(chǎn)業(yè)化，為碳中和政策提供科學(xué)支撐，真正實現(xiàn)從實驗室到產(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”。
