ScienceDaily (科学日报) 2012年8月9日报道了意大利的里雅斯特大学（University of Trieste）、西班牙加迪斯大学（Universidad de Cádiz）以及美国宾夕法尼亚大学（University of Pennsylvania）的研究人员合作，研发出一种更廉价、更清洁的甲烷燃烧催化剂。因为随着全球石油储量的减少,天然气已经成为越来越重要的能源之一。天然气的主要成分是甲烷,甲烷与许多其他的碳氢化合物相比，其优势是完全燃烧之后释放的二氧化碳更少。但由于甲烷分子的结构非常稳定,很难释放出存储的能量；而未燃烧的甲烷会逃逸到大气中,其温室效应是二氧化碳的20倍。现在,来自美国宾夕法尼亚大学、意大利的里雅斯特大学、西班牙加迪斯大学的研究人员一起,创造出一种可以催化甲烷燃烧的催化剂，这种材料的催化效率是目前可用的催化剂的30倍。

    这一研究成果为更彻底的开发利用甲烷作为能源之一提供了一种有效途径,可降低燃气车辆的温室气体排放。这种催化剂也可提供一种更干净、更便宜的燃气涡轮机催化燃烧获得能量的方式。宾夕法尼亚大学化学和生物分子工程学系的Raymond J. Gorte教授对此评价说：“很难想出有这样的材料,它们具有足够的活性和稳定性以承受甲烷燃烧的恶劣条件, 我们的材料对于一些重要的应用而言，看起来很有希望。”

    现在宾夕法尼亚大学化学系的一个博士后研究员Matteo Cargnello也加入Raymond J. Gorte教授的研究小组，还有Raymond J. Gorte教授实验室毕业的博士生Kevin Bakhmutsky。他们的合作者包括意大利的里雅斯特大学的Paolo Fornasiero和Tiziano Montini；以及西班牙加的斯大学的José J. Calvino, Juan José Delgado和Juan Carlos Hernández Garrido。这项研究2012年8月10日发表在《科学》（Science）杂志网站——M. Cargnello, J. J. Delgado Jaén, J. C. Hernández Garrido, K. Bakhmutsky, T. Montini, J. J. Calvino Gámez, R. J. Gorte, and P. Fornasiero. Exceptional Activity for Methane Combustion over Modular Pd@CeO₂ Subunits on Functionalized Al₂O₃. Science, August 2012: 713-717 DOI: 10.1126/science.1222887.

        Matteo Cargnello作为这篇论文的第一作者，他开始做这个项目是在的里雅斯特大学就读本科专业时,在访问Raymond J. Gorte实验室期间,继续合作同时他还在意大利的里雅斯特大学纳米技术研究生院在攻读博士学位。催化剂使化学变换的更快,更简单,更节能,常常更安全的一些材料。例如,一辆汽车的催化转换器就是要将排放废气转换成无害的产物。然而,目前使用的甲烷燃烧催化剂,并不能完全将甲烷彻底催化转化为CO₂和H₂O,总有一部分未燃烧的甲烷逃逸到大气之中,并导致气候变化。特别是如果你有一台天然气发动机,那么排气管排出的主要成分就是尚未燃烧的甲烷气。此外,这些传统催化剂可以要求温度高达600-700 ℃促进反应进行。但是,催化剂本身也往往会因为甲烷燃烧所产生的高温而失活。

    当以甲烷作为能源用于燃气涡轮发动机时，会导致额外的环境损害。在这个过程中,甲烷是通常在非常高的温度下燃烧,甚至超过800℃。当温度上升到大约1300℃或更高时，反应就能够产生人体有害的副产品,包括氧化氮、硫氧化物和一氧化碳。 

    甲烷燃烧的传统催化剂是由金属纳米颗粒组成,特别是钯,沉积在氧化物如氧化铈 (CeO₂) 等的表面。研究人员对于这种方法进行了微调,主要是依赖于纳米颗粒的自组装。他们首先建立了直径只有1.8 nm的钯微粒，然后由CeO₂制成的保护多孔壳围在钯微粒周围,创建了一堆具有金属核心的球形结构体。因为这些小颗粒在加热时成团积聚,而且这些成团积聚的块体可以降低催化剂活性, Raymond J. Gorte教授领导的研究团队将其沉积于由氧化铝组成的疏水性表面,以确保它们是均匀分布的。

    这些技术是纳米技术中最普通的,但这对于制造催化剂材料来说是一种新方法。测试材料的活性之后研究人员发现,他们的核-壳型纳米结构甲烷燃烧催化剂，其性能优于目前使用的最好的甲烷燃烧催化剂30倍，而且使用金属数量相同。催化使甲烷完全燃烧温度为400 ℃。这种催化剂不仅使甲烷充分燃烧，提高燃气涡轮机的燃料利用效率，而且可以有效控制汽车尾气造成的大气污染。研究人员计划进一步研究新催化剂的结构来更好地理解为什么它是如此有效。他们将使用类似的方法来创建新材料来进行测试。也可以使用此组装法去测试对不同类型的金属和氧化物, 这将有可能会使研究人员制备一系列新型催化剂材料,其中一些可能是除了甲烷燃烧催化反应之外的很好的催化剂。更多信息请浏览原文：http://www.sciencemag.org/content/337/6095/713