(На передовом уровне науки и технологий) Достижения в исследованиях фотокаталитического окисления метана
2026-07-27
В Институте физики материалов провинции Фуцзянь достигнуты новые результаты в исследованиях фотоокисления метана.
Метан, являясь важным топливом и химической сырьё, играет неотъемлемую роль в производстве и повседневной жизни человека, кардинально меняя его образ жизни. Однако выделение незначительных количеств метана в атмосферу приводит к загрязнению воздуха и парниковому эффекту — этот вопрос становится одной из ключевых тем для экологов и климатологов. Из-за высокой энергии связи и неполярной природы молекул метана эффективное их окисление в благоприятных условиях представляет собой сложную научную задачу.
Благодаря финансированию проектов Министерства науки и технологий Китая (программа «973») и Национального фонда естественных наук Китая исследовательская группа под руководством И Чжигуо из Лаборатории по проектированию и сборке функциональных наноструктур Института физической структуры Фуцзяня Китайской академии наук применила фотокаталитический метод: с использованием поля внутри полярного полупроводника — оксида цинка для стимулирования разделения фотогенерируемых электронов и дырок, а также с учётом регулировки поверхностных дефектов наночастиц оксида цинка и эффекта плазменной резонанса нанопорошка серебра (см. рисунок ниже), была достигнута эффективная окисление метана в мягких условиях: квантовый выход при ультрафиолетовом излучении (<400 нм) составляет почти 8 %, а при видимом свете (~470 нм) — более 0,1 %. Разработанные каталитические материалы способны не только эффективно окислять такие малые углеводородные молекулы, как метан, в присутствии кислорода, но и осуществлять его окисление без кислорода.Используя методы спектроскопической характеристики в условиях реакционной среды — такие как инфракрасное и электронная спиновая резонансная спектроскопия — исследовательская группа провела глубокий анализ процесса катализируемого окисления метана и предложила механизм реакции, основанный на двухэтапном фотокислении. Полученные результаты опубликованы в журнале «Nature Communications» (2016 г. DOI:10.1038/ncomms12273）
