中佛罗里达大学的研究人员目前正在将甲烷转化为能源和有用材料。甲烷利用技术的进步得益于纳米技术专家 Laurene Tetard 和催化专家 Richard Blair 的合作。他们开发了创新方法，将甲烷（一种强大的温室气体）用于此目的。该技术使用可见光和特殊催化剂从甲烷中制氢，而不会释放碳。该技术还允许在非常小的尺度上创建精确的碳结构，可用于许多有价值的应用。
来自中佛罗里达大学 (UCF) 的两位研究人员成功研发出利用有害温室气体甲烷生产能源和材料的创新技术。UCF 的这项新创新使得甲烷能够用于生产绿色能源。这将有助于制造用于生物技术、智能设备、太阳能电池和其他设备的高性能材料。过去十年间，纳米技术专家劳伦·泰塔尔德 (Laurene Tetard) 和催化专家理查德·布莱尔 (Richard Blair) 一直在 UCF 开展合作研究，并取得了一系列创新发明。
劳伦·泰塔尔德 (Laurene Tetard)同时也是中佛罗里达大学物理系副教授兼副系主任，以及纳米科学技术中心的研究员。理查德·布莱尔 (Richard Blair)是中佛罗里达大学佛罗里达空间研究所的研究教授。
根据美国环境保护署的数据，在 28 年的时间范围内，甲烷对地球大气的影响是另一种重要温室气体二氧化碳的 100 倍。甲烷能够吸收更多的辐射，尽管它在大气中的寿命比二氧化碳短。能源和工业活动、农业实践以及垃圾填埋场的存在是导致甲烷释放到大气中的重要因素。
强强合作
作为经验丰富的研究合作者，泰塔德和布莱尔非常熟悉那句古老的谚语：“失败乃成功之母”。
泰塔尔德说：“我们花了很长时间才取得一些真正令人兴奋的成果。一开始，我们尝试的很多表征方法都没有达到预期效果。我们多次坐下来讨论那些令人困惑的观察结果。”
然而，他们坚持不懈，最终凭借着这份坚定的决心，取得了新的突破。“理查德有无数种解决问题的方法，”泰塔尔德补充道， “所以最终，我们总能找到有效的办法。”
引入更先进、更环保的氢气生产方法
最初的发明涉及一种从碳氢化合物（如甲烷）中生成氢气的创新方法，同时消除碳气体的释放。
这项创新着重于利用可见光（例如激光器、灯或太阳能）以及缺陷工程化的富硼光催化剂。该方法展现了纳米材料的卓越性能，能够在可见光的辅助下捕获和转化甲烷等碳氢化合物。缺陷工程是指制备具有不规则结构的材料。
在传统催化剂上于较高温度下进行反应时，通常会产生某些污染物，例如二氧化碳、一氧化碳或高级多环芳烃化合物。但UCF发明的氢气不含这些污染物。
另请参阅：什么是氢化非晶硅？
因此，研究人员将甲烷转化为能源和不含杂质的有用材料。这项技术的发展有望降低能源生产中催化剂的成本，增强可见光范围内的光催化转化，并优化太阳能在催化领域的利用。氢气在市场上的潜在应用包括大规模甲烷捕获和转化，以及参与太阳能发电厂的建设。
理查德·布莱尔说：“这项发明实际上一举两得。它既能生产绿色氢气，又能去除——或者说是封存——甲烷。它是将甲烷转化为氢气和纯碳，而纯碳可以用于电池等领域。”
他表示，传统上，氢气生产过程中会使用甲烷、水和高温。但这个过程在产生氢气的同时也会排放二氧化碳。
布莱尔补充道：“我们的工艺将温室气体甲烷转化为非温室气体以及两种有价值的产品：氢气和碳。我们已经将甲烷从循环中去除。”
据观察，中佛罗里达大学的Exolith实验室成功利用太阳能从甲烷气体中制取氢气，这得益于其部署的高效太阳能聚光系统。他认为，能源匮乏的国家可以利用甲烷和太阳能来开发这项技术。除了石油和天然气系统外，垃圾填埋场、工业区、农业区和污水处理厂等场所也存在甲烷。
无污染生产碳纳米或微结构
Tetard 和 Blair 的技术利用光和缺陷工程光催化剂，在纳米尺度和微米尺度上精确构建碳结构。例如，一氧化碳、乙烷、甲烷、丙烷和丙烯等。
劳伦·泰塔尔德说：“这就像拥有了一台碳纤维3D打印机，而不是聚合物3D打印机。如果我们拥有这样的工具，或许就能设计出一些目前无法实现的碳纤维支架结构。我们的梦想是用甲烷制造高性能碳材料，而这在目前还不太容易实现。”
布莱尔补充说： “因此，这项发明将是一种以可持续的方式大规模工业化生产甲烷等材料的方法。 ”
所制备的碳结构尺寸小、结构规整，可以精确排列成精确的尺寸和图案。布莱尔说：“这代表着高价值的应用，例如医疗器械或新型化学传感器。这将成为一个开发各种产品的平台。其应用范围仅受限于想象力。”
研究人员将甲烷转化为能量和有用材料，但仍需进行一些调整。设计方法有望整合多种激光或太阳光，因为生长过程可以在不同波长下进行调节，而泰塔德的实验室正在努力缩小尺寸。泰塔德说：“我们正在尝试从这个过程中学习，看看如何才能让它在更小的尺度上发挥作用——在微小的体积内控制光线。”
“目前，这些结构的尺寸是微米级的，因为我们所创造的光聚焦体积也是微米级的。”泰塔尔德补充道，“所以，如果我们能够控制微小体积内的光，或许就能生长出尺寸小一千倍的纳米级物体，用于构建图案化的纳米结构。这是我们未来正在考虑实现的目标。如果这项技术最终得以实现，我们就能利用它做很多事情。 ”
