记者9日从中国科学院获悉，该院大连化学物理研究所包信和院士团队基于“纳米限域催化”的新概念，创造性构建出硅化物晶格限域的单中心铁催化剂，成功实现甲烷在无氧条件下选择活化，一步高效生产乙烯、芳烃和氢气等高值化学品。
中国科学家完成的这一重要科研成果，发表于当天出版的最新一期国际权威期刊《科学》，并通过《专利合作条约》(PCT)专利申请，进入美国、俄罗斯、日本、欧洲和中东等国家和地区。目前，中外多家能源和化学企业等都对这一产业变革性技术表现出极大兴趣。
包信和团队在20多年甲烷催化转化研究基础上，将具有高催化活性的单中心低价铁原子通过两个碳原子和一个硅原子镶嵌在氧化硅或碳化硅晶格中，形成高温稳定的催化活性中心;甲烷分子在配位不饱和的单铁中心上催化活化脱氢，获得表面吸附态的甲基物种，进一步从催化剂表面脱附形成高活性的甲基自由基，在气相中经自由基偶联反应生成乙烯和其他高碳芳烃分子，如苯和萘等。
与天然气转化的传统路线相比，包信和团队的研究彻底摒弃高耗能的合成气制备过程，大大缩短工艺路线，反应过程本身实现二氧化碳的零排放，碳原子利用效率达到100%。
加州大学伯克利分校贝尔教授评价称，该成果使甲烷直接转化研究又向前迈出崭新的一步，可能成为未来产业界关注的焦点。德国巴斯夫集团副总裁穆勒认为它是一项“即将改变世界”的新技术，未来推广应用将为天然气、页岩气高效利用开辟一条全新的途径。北京大学纳米科学与技术研究中心主任刘忠范院士表示，甲烷无氧直接催化转化新成果，为高效利用丰富的天然气资源和在中国形成具有原创性知识产权的甲烷绿色转化新技术奠定了理论基础。
据了解，随着世界范围内富含甲烷的页岩气、天然气水合物、生物沼气等大规模发现与开采，以储量相对丰富和价格低廉的天然气替代石油生产液体燃料和基础化学品，已成为学术界和产业界研发重点，科学家们一直在努力探索天然气直接转化利用的有效方法与过程。
