我国科学家 “可燃冰” 利用研究获重大突破，能源宝库开发迎新契机

近日，发表于《自然・通讯》的一项新研究传来喜讯，我国海南大学的科学家在 “可燃冰” 利用领域取得重大突破。这一成果有望为 “可燃冰” 这种潜在能源的大规模开发利用带来新的曙光。 在地球上的深海沉积物或永久冻土层中，存在着一种外观似冰、遇火可燃的物质，即 “可燃冰”。其本质是在高压低温环境下，大量甲烷被困于水分子构成的晶体结构中形成的甲烷水合物。“可燃冰” 储量极为可观，据科学家估算，全球 “可燃冰” 蕴含的碳资源约为地球上已探明的煤、石油和天然气总和的两倍多，堪称巨大的能源宝库。

然而，人类至今未能对 “可燃冰” 进行大规模利用。原因在于，从深海开采上来的 “可燃冰” 离开高压低温环境后，其中的甲烷会迅速以气体形式大量释放，易造成泄露和环境污染。此外，安全高效地进行大规模甲烷气体储存和运输也是一大难题。

理论上，可利用氧气作为氧化剂，通过化学反应将甲烷转化为常温常压下稳定的液体甲醇，便于运输且甲醇用途广泛。但实际操作面临巨大挑战，甲烷的碳 - 氢键能高达 434 千焦 / 摩尔，非常稳定，通常需数百摄氏度高温才能转化为甲醇，且高温下生成的甲醇易过度氧化为二氧化碳，既浪费资源又排放温室气体。

此前研究尝试将钯（Pd）作为催化剂用于甲烷到甲醇的转化，如将钯与其他金属制成合金或负载在各种材料上，但效果均不理想。此次研究同样使用钯作为催化剂，不过将重点放在了催化剂的 “晶面” 上。钯原子在纳米尺度下形成多种晶体结构，不同晶体结构暴露的晶面催化效果不同。科学家通过大量实验，从原子层面精准调控催化剂晶面，成功合成出一种效果极佳的纳米钯催化剂。

这种钯 {111} 晶面占主导的催化剂表现卓越。实验显示，在 70℃、3 兆帕的温和反应条件下，其催化甲烷生成甲醇的效率达到每克催化剂每小时 201.8 毫摩尔，约为传统钯 {100} 晶面的 3 倍。而且，其选择性高达 99.7%，即参与反应的甲烷中有 99.7% 能转化为甲醇。此外，该催化剂对甲醇具有 “快速释放” 特性，可有效解决甲醇过度氧化问题。 此次研究在 “可燃冰” 利用领域迈出了关键一步。可以预见，随着相关技术不断发展，未来 “可燃冰” 开采有望在现场直接利用这种高效催化剂，将其中的甲烷转化为液态甲醇，从而实现对 “可燃冰” 的安全高效大规模利用，为人类能源供应带来新的可能。