據(jù)地質(zhì)學(xué)家測(cè)算，儲(chǔ)存在可燃冰中的碳（主要是甲烷）相當(dāng)于當(dāng)前已探明的所有化石燃料(包括煤、石油和天然氣)中碳含量總和的2倍；此外，眾所周知，二氧化碳是大氣中最主要的溫室氣體，因此，甲烷和二氧化碳的高效能源化利用受到廣泛關(guān)注，而傳統(tǒng)的干重整反應(yīng)存在催化劑易積碳、不可避免的逆水煤氣變換副反應(yīng)等問題?；诳赡孑d氧體的化學(xué)鏈干重整技術(shù)將傳統(tǒng)干重整反應(yīng)分解為甲烷部分氧化和二氧化碳還原兩步反應(yīng)，在理論上可最大限度的規(guī)避逆水煤氣變換反應(yīng)，提高反應(yīng)的C、H原子經(jīng)濟(jì)性，并且對(duì)積碳有較高的耐受性。
近日，青島能源所熱化學(xué)轉(zhuǎn)化研究組的何濤帶領(lǐng)研究生葛元征首先從熱力學(xué)上預(yù)測(cè)了V2O3作為釩的一種中間態(tài)氧化物具有極高的合成氣選擇性（99.7%）和轉(zhuǎn)化能力（以CH4轉(zhuǎn)化能力為計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，已報(bào)道的鐵基材料為100-200mg/g, 該體系可達(dá)420 mg/g 以上），并可通過預(yù)還原反應(yīng)由5價(jià)態(tài)獲得該中間價(jià)態(tài)的穩(wěn)定存在。在初步實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，研究人員先后通過形貌控制和元素化學(xué)摻雜等方式來進(jìn)一步優(yōu)化該體系的動(dòng)力學(xué)反應(yīng)性能和氧化還原穩(wěn)定性，先后制備了納米花球?qū)訝頢i-V復(fù)合氧化物和Pt催化的Si-V復(fù)合氧化物，最終將甲烷單程轉(zhuǎn)化率提高到80%以上，合成氣選擇性>99.5%，載氧體還原度90%以上，并實(shí)現(xiàn)了CH4高選擇性氧化和CO2還原再生的穩(wěn)定循環(huán)。甲烷、二氧化碳化學(xué)鏈共轉(zhuǎn)化技術(shù)的研究對(duì)于可燃冰、頁(yè)巖氣的化學(xué)利用、溫室氣體的減排具有重要意義。
上述研究成果發(fā)表在化學(xué)工程領(lǐng)域重要國(guó)際期刊AIChE Journal上（2019，DOI:10.1002/aic.16772），并已申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利2項(xiàng)。該項(xiàng)工作得到了科技部國(guó)際合作項(xiàng)目和中科院先導(dǎo)項(xiàng)目等的支持。（文/圖 何濤 武景麗）
附錄：
(1) Chemical looping oxidation of CH4 with 99.5% CO selectivity over V2O3-based redox materials using CO2 for regeneration, AIChE Journal (2019), doi:10.1002/aic.16772.
(2) 一種高選擇性載氧體及其制備方法和應(yīng)用,中國(guó)，專利，ZL201710491377.5。
(3) 一種硅釩復(fù)合氧化物及其制備方法，中國(guó)，專利，201810535387.9。
