我所等提出载体氧缺陷介导的生物质直接甲烷化新方法

  近日,我所生物能源化学品研究组(DNL0603)王峰研究员团队与大连理工大学王敏特聘研究员团队合作,发展了一种载体氧缺陷介导的生物质直接甲烷化新方法,实现了包括木质纤维素在内的生物质资源在温和条件下(<200℃)的高选择性转化制甲烷,为生物质资源的利用开拓了新路径。

  甲烷作为天然气的主要成分,不仅是一种重要的燃料,也是一类重要的化工原料。将大量废弃的生物质资源转化为甲烷是一个非常有意义的过程。但是,由于生物质分子中存在大量坚固且种类繁多的C-C键和C-O键,在低温条件下实现生物质资源高选择性的转化至甲烷极具挑战。

  本工作中,合作团队发展了一种载体氧缺陷介导方法,将“生物质氧化到CO2”与“CO2催化加氢到CH4”两个过程耦合起来,成功实现了较温和条件下的生物质资源直接甲烷化过程。研究发现,生物质分子被Ru/TiO2催化剂的晶格氧氧化至CO2,并在催化剂上生成氧缺陷;随后,CO2加氢还原到CH4过程中,裂解出的氧原子会填充氧缺陷从而恢复催化剂。该催化过程在温度低至120℃时仍可稳定催化甘油水溶液产生CH4。该工作为生物质资源的有效利用提供了新思路。

  相关成果以“Oxygen Vacancy Mediated Catalytic Methanation of Lignocellulose at Temperature below 200℃”为题,于近日发表在《焦耳》(Joule)上。该工作得到国家自然科学基金、科技部重点研发计划、中科院B类先导专项“能源化学转化的本质与调控”等项目的资助。(文/图 周宏儒)

  文章链接:https://doi.org/10.1016/j.joule.2021.07.001

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