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光催化木质纤维素类生物质高选择性转化制甲烷。中科院大连化学物理研究所供图
作为天然气的主要成分，甲烷是一种重要燃料，将大量废弃生物质资源转化为生物甲烷具有重要意义。近日，中科院大连化学物理研究所研究员王峰团队与大连理工大学特聘研究员王敏团队合作，提出一种载体氧缺陷介导的生物质直接甲烷化新方法，实现了在200摄氏度的较温和条件下，将木质纤维素等生物质资源高选择性转化为生物甲烷，为生物质资源的利用开拓了新路径。相关研究成果发表在《焦耳》上。
目前，传统生物甲烷制备所需温度高、能耗大，而微生物厌氧发酵生成的生物甲烷并不纯净。因此，如何在较温和的条件下，将生物质资源直接转化为高纯度的生物甲烷成为研究焦点。
此次，研究人员发展出一种载体氧缺陷介导的催化过程，将生物质氧化与二氧化碳催化加氢过程耦合起来，实现较温和条件下生物质资源直接甲烷化。研究发现，生物质分子可以被负载金属钌颗粒的二氧化钛催化剂的晶格氧氧化为二氧化碳，并在催化剂上生成氧缺陷。随后，在二氧化碳加氢还原到甲烷过程中，裂解出的氧原子填充氧缺陷从而恢复催化剂。该催化过程在温度低至120摄氏度时依然可以稳定催化甘油水溶液产生甲烷。
该研究为生物质资源有效利用提供了新思路，但研究人员表示，其走向应用之前还有许多工作需要完善，并且还需要综合考虑整个过程的经济收益等因素，提高技术成熟度。
来源：中国科学报
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