Шанхайский университет Цзяотун: катализатор Pt/CeO2–Cu превращает метан в метанол в воде при 180 °C

Группа под руководством проф. Юйлянь Хэ из Шанхайского университета Цзяотун разработала тандемную систему Pt/CeO2–водная Cu с участием CO для селективного окисления метана в метанол в водной среде. Работа опубликована в ENGINEERING Energy 29 октября 2026 года (doi.org/10.1007/s11708-026-1098-5) и описывает лабораторные периодические опыты в автоклаве высокого давления. В мягких периодических условиях (180 °C, 1 ч) скорость образования метанола составила 14,38 ммоль/(г кат·ч) при 100% селективности среди обнаруженных жидких продуктов springer.comdoi.orgspringer.comОткрыть источник ↗.

Проблема: активация C–H и переокисление

Связь C–H в метане прочная (439 кДж/моль), поэтому для её активации нужна значительная энергия. Метанол как продукт активнее метана и часто переокисляется до углекислого газа. Авторы разделили роли между твёрдым катализатором и раствором: активация кислорода идёт на поверхности, а сохранение продукта обеспечивается в жидкой фазе.

Как работает тандемная система

Оксид углерода сильно адсорбируется на платине и служит одновременно регулятором поверхности и сореагентом при активации кислорода. Расчёты методом функционала плотности предсказывают сдвиг d-зоны Pt на модельной поверхности платины вниз на 0,73 эВ. По словам авторов, это также ослабляет стабилизацию поверхностных метоксильных интермедиатов (+0,27 эВ), и они уходят с поверхности в виде метанола, а не окисляются дальше.

Опыты с изотопной меткой и последовательными реакциями показали, что основным источником кислорода в метаноле служит газообразный молекулярный кислород, а не вода и не решёточный кислород оксида церия. In situ спектроскопия DRIFTS показала, что ключевой реакционный интермедиат — поверхностный метоксил, который превращается в жидкий метанол при введении CO и воды springer.comdoi.orgspringer.comОткрыть источник ↗.

Подвижные водные формы меди предположительно работают как редокс-медиаторы. Авторы допускают, что они могут ограничивать накопление избыточного активного кислорода и тем самым подавлять переокисление метанола.

Стабильность и ограничения

Гетерогенный катализатор Pt/CeO2 испытали в пяти последовательных циклах: он сохранил около 83,3% исходной активности при неизменной 100% селективности по жидкофазному метанолу. Авторы отмечают, что в текущих периодических опытах требуется значительный запас сореагента CO. Дальнейшая работа будет посвящена подбору соотношения CO/O2, улучшению рециркуляции CO и оптимизации кинетики с участием меди для возможной модульной конверсии сланцевого газа на месте.