王 玉，孙兰兰，武光军，关乃佳，李兰冬

南开大学材料科学与工程学院，天津 300350

随着化石能源日益枯竭，可再生能源技术逐渐进入快速发展阶段，开发储量丰富的天然气资源作为当今世界能源需求的过渡解决方案非常重要。几十年来，甲烷作为天然气的主要成分，被用于生产增值化学品，并作为能源载体广泛应用于取暖、运输和发电等方面。水力压裂技术的进步使研究人员对甲烷资源进行了更深入地开发与利用，但在中国37 000 亿立方米的天然气总产量中，由于产地偏远且钻井平台缺乏储存和运输的基础设施，其中约1 500 亿立方米的甲烷气体直接作燃烧处理，浪费量相当于美国天然气消费量的20%，生成的二氧化碳被释放到大气中，占到全球二氧化碳排放量的3%，每年能量损失巨大（＞30 EJ）[1-3]。可通过将甲烷直接氧化成常温常压下为液体的高附加值化学品（甲醇）解决该问题[4-5]。

目前甲烷利用的主要工业途径是甲烷转化生成合成气（CO 和H2）、再将合成气催化转化为甲醇[1]，这是一条间接的高能耗路线。虽然该路线已经工业规模化验证，但对地方性小规模的设施却不适用[6]。这主要是由于甲烷的间接氧化过程需要蒸汽重整或部分氧化的大型炉式反应器和空气分离装置，高温（＞1 200 K）和频繁的合成气清洗步骤使整个操作过程成本极高[7]。因此，开发一种将甲烷直接转化为液体能量载体和化学品的方法至关重要。从液体均相系统到非均相化学循环，研究人员提出了多种方法来解决这个问题，但有效的工业过程仍未实现，这主要归因于三个方面：（1）甲烷活化所需的高势垒（ΔGa＞1.2 eV，300 K，101 kPa）[8]；……