Catalysis and the Mechanism of Methane Conversion to Chemicals
作者：Toshihide Baba, Akimitsu Miyaji
出版社：Springer
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甲烷是天然气的主要成分。由于原油储量有限，因此利用丰富且廉价的甲烷作为能源和化工产品的原材料是摆脱目前对原油依赖的方法之一。但是因为碳氢键的化学惰性，甲烷转化很困难。本书基于甲烷的氧化或者脱氢机制，通过一系列中间体形成C-O键和C-C键，从而实现了天然气资源的利用。
C-O键的形成主要是甲烷在氧气作用下直接氧化形成甲醇，也可以在硫酸作用下形成甲基磺酸，水解也可以得到甲醇，基于这些基础反应，可以通过甲烷活化来实现天然气资源到化学品的利用。C-C键的形成能够得到更大的分子，例如两个甲烷分子脱氢形成乙烷，甲烷和苯脱氢形成甲苯等。本书第二章主要叙述了含有铁离子和铜离子的甲烷氧化酶的结构表征和应用，利用甲烷单氧化酶可以在大气条件下将甲烷氧化为甲醇。第三章介绍了甲醇的均相与多相氧化历程，包括使用铁、钼、钒、铜等金属的氧化物进行多相氧化以及使用钌、铂配合物或者硫酸汞催化的均相氧化。第四章主要有关于甲烷氧化的一些生物体系，利用甲烷单氧化酶可以将甲烷在温和条件下氧化为甲醇。第五章主要介绍甲烷在催化条件下的C-C键形成反应，虽然甲烷脱氢产生氢气和乙烷是热力学不利的，但是在氧气存在下热力学有利，在金属氧化物催化下，经历甲基自由基机理。第六章介绍了甲烷在较高温度下转化为芳香化合物如苯的反应，由于芳构化的稳定性，这一反应在负载了金属离子的沸石催化剂表面进行，并且不需要氧气参与。目前已经有大量研究报道了诸如硅铝比、质子交换、金属、碳氧化物对负载钼氧化物的ZSM沸石催化甲烷转化的影响，并取得了重要的进展。第七章基于碳正离子中间体，总结了在非氧化性条件下甲烷与碳正离子中间体的反应。利用超酸催化，从甲烷直接产生甲基碳正离子。碳正离子是具有高度活性的中间体，在苯存在下即可发生亲电取代反应，进而得到苯衍生物。
本书在全书的七个章节中系统阐述了甲烷转化的方法，讨论了该领域有代表性的转化方法和研究进展，对甲烷的多相氧化和均相氧化给出了更深刻的理解，适合化学相关专业的研究人员、教师和学生阅读。
书评作者：金麒生
中国科学院大学化学学院
研究方向为金属有机化学
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