三維ZnO/CdS/NiFe層狀雙金屬氫氧化物光電催化氧化甲烷

劉 佳，張英華，黃志安，白智明，高玉坤

北京科技大學(xué)土木與資源工程學(xué)院，北京 100083

甲烷作為天然氣的主要成分，由于具有高碳?xì)浔群偷陀泻怏w排放率，一直被認(rèn)為是傳統(tǒng)化石燃料的首選替代能源，隨著全球原油資源日益消耗，在可預(yù)見(jiàn)的將來(lái)必將成為碳?xì)浠衔锶剂系闹饕獊?lái)源. 尤其近年來(lái)我國(guó)已探明煤層氣、頁(yè)巖氣等非常規(guī)天然氣儲(chǔ)量巨大，據(jù)2018年聯(lián)合國(guó)貿(mào)易和發(fā)展會(huì)議報(bào)告顯示，中國(guó)頁(yè)巖氣儲(chǔ)量全球第一，達(dá)31.6萬(wàn)億m3[1]. 然而中國(guó)的頁(yè)巖氣儲(chǔ)備大多位于偏遠(yuǎn)的地區(qū)，這些地方的設(shè)備普遍不能滿(mǎn)足生產(chǎn)和運(yùn)輸數(shù)萬(wàn)億立方米頁(yè)巖氣的需求[2]. 因此若能將甲烷轉(zhuǎn)化為甲醇等液態(tài)碳?xì)浠衔?，將?huì)大大降低儲(chǔ)存及運(yùn)輸成本，使我國(guó)大規(guī)模非常規(guī)天然氣的有效利用成為可能. 且甲醇作為清潔燃料和重要工業(yè)產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)甲烷向甲醇的轉(zhuǎn)化將對(duì)我國(guó)汽車(chē)工業(yè)、電池工業(yè)等領(lǐng)域產(chǎn)生重要影響.

在過(guò)去的幾十年中，人們?cè)噲D通過(guò)熱催化將甲烷轉(zhuǎn)化成燃料[3-4]，然而熱催化反應(yīng)過(guò)程的高溫（>700 ℃）環(huán)境能量消耗巨大，經(jīng)濟(jì)效益低，且高溫易導(dǎo)致目標(biāo)產(chǎn)物過(guò)氧化. 光催化是一種利用光子而非高溫來(lái)驅(qū)動(dòng)化學(xué)反應(yīng)的技術(shù)，它在溫和環(huán)境條件（室溫、標(biāo)準(zhǔn)大氣壓）下被廣泛應(yīng)用于小分子活化，例如水[5-6]、氮?dú)鈁7-8]和二氧化碳[9-10]. 近年來(lái)光催化技術(shù)已被用于甲烷氧化，例如在紫外或可見(jiàn)光下，WO3，TiO2和NiO作為光陽(yáng)極將甲烷轉(zhuǎn)化為CO2[11-13]. Chen等[14]使用Ag修飾的ZnO納米材料在模擬陽(yáng)光照射下……