Vloeibare methanol wordt veel gebruikt als grondstof voor andere chemicaliën en heeft ook een aanzienlijk potentieel als alternatieve brandstofbron. Echter, het omzetten van methaan - het primaire bestanddeel van overvloedig aardgas - in methanol wordt momenteel bereikt door een indirect proces dat hoge hitte en druk vereist.

Nu hebben onderzoekers een nieuwe benadering ontdekt die de directe omzetting van methaan in methanol mogelijk maakt met behulp van moleculaire zuurstof onder veel mildere reactieomstandigheden.

Een samenwerkend team onder leiding van Graham J. Hutchings van het Cardiff Catalysis Institute, en Christopher J. Kiely aan de Lehigh University, hebben colloïdaal goud-palladium (Au-Pd) nanodeeltjes gebruikt om methaan direct te oxideren tot methanol met hoge selectiviteit in waterige oplossing bij lage temperaturen. Hun bevindingen zijn gepubliceerd in een artikel in Wetenschap vandaag:"Waterige Au-Pd-colloïden katalyseren selectieve CH4-oxidatie tot CH3OH met O2 onder milde omstandigheden."

"Ons werk heeft aangetoond dat als een stabiele toevoer van methylradicalen kan worden vastgesteld, bijvoorbeeld, door een zeer kleine hoeveelheid waterstofperoxide in het reactiemengsel op te nemen - dan is de selectieve oxidatie van methaan tot methanol met behulp van moleculaire zuurstof heel goed mogelijk, " zei Kiely, de Harold B. Chambers Senior Professor Materials Science and Chemical Engineering aan Lehigh.

Deze laatste ontdekking werd geleid door de jarenlange samenwerking van Kiely's en Hutchings bij de ontwikkeling van Au-Pd-nanodeeltjes als effectieve katalysatoren voor vele andere reacties.

Volgens Kiely, de onderzoekers waren verrast om te ontdekken dat om deze specifieke reactie te laten verlopen, ze de Au-Pd-nanodeeltjes nodig hadden om te bestaan ​​​​als vrij zwevende colloïden in een zeer zwakke waterstofperoxide-oplossing waarin ze onder druk staand methaan en zuurstofgas injecteerden.

"Als we Au-Pd-nanodeeltjes als katalysatoren gebruiken, worden ze meestal bijna altijd gedispergeerd op oxidedragers met een groot oppervlak, zoals titania, " zei Kiely. "In dit geval echter de aanwezigheid van de keramische drager bleek zeer nadelig."

In de chemische industrie wordt methaan momenteel indirect omgezet in methanol via de productie van synthesegas (CO + H2) bij hoge temperaturen en drukken, wat een duur en energie-intensief proces is. De meest veelbelovende kandidaat-processen die tot nu toe zijn ontdekt voor de directe omzetting van methaan in methanol waren vaak complex, inefficiënt, en vereisen vaak zeer hoge temperaturen en agressieve reactie-omgevingen.

"De nieuwe vereenvoudigde aanpak die we hebben gedemonstreerd, brengt ons een stap dichter bij het maken van de directe omzetting van methaan in methanol een praktisch haalbare propositie, ' zei Kiely.