（一）面临的问题
全球各国富含甲烷的页岩气、天然气水合物、生物沼气等长久以来遭到大规模的开发利用，目前相关企业和学术界都将探索和研发的重心放在如何使用价格适中且全球储量比较丰富的天然气来代替石油制造基础化学品和液体燃料。消耗高、转化路线繁琐且需要较大投资是传统的二步法甲烷转化路线的突出缺陷，此外，传统方法甲烷活化的介质或助剂为氧分子，在反应中必然会产生并排放一定数量的二氧化碳，对碳总量的利用率不及一半，不仅对环境造成了破坏，也会导致大量资源浪费、能源损失。所以，相关领域的科学家们近年来将如何合理直接转化天然气作为研究重点（马静远等，2019）。
（二）上海光源的优势
上海光源作为催化科学领域至关重要的研究设施拥有高亮度、波长可调、高质量以及高准确性等其他设施所不具备的优点，相对而言非常利于高探测灵敏、高空间分辨的动态原位研究。X射线吸收精细结构谱（X-ray Absorption Fine Structure，XAFS）是同步辐射特有的研究几何结构以及原子周未层域电子的重要方式。此方法与其他相应的各种科学技术结合，是多相体系、复杂组分退化机结构研究领域强有力的研究工具。上海同步辐射光源BL14WXAFS光束线站是一个基于多极Wiggler光源的高性能X射线吸收光谱研究设施，可以进行高光谱纯度、高信噪比、高能量分辨和低含量分析的X射线吸收精细结构谱学的科学实验（中国科学院重大科技基础设施共享服务平台，2010）。
（三）双方的合作模式
探索催化机理的重点在于研究催化剂结构及催化过程的动态原位表征。上海光源黄宇营研究员课题组和中科院大连化物所包信和院士课题组研究人员展开紧密的交流合作，通过BL14XAFS光束线站对纳米催化剂的原位化学反应条件进行科学探索，攻克了现场原位化学反应配气系统存在的安全和技术难点，完善了原位化学反应和实验站数据采集探测系统的集成以及原位化学反应的温度控制系统和样品池。通过数次对样品的检测研究和严谨的重复试验来确保实验结果准确可靠。对真实催化反应过程中的Pt-Fe催化剂实施了原位X射线吸收谱结构表征，研究显示在催化反应处于稳态时，催化剂表面的铁物种为低价的亚铁状态，使之前课题组在理论分析和基础研究中得到的结论得到证实。在表面配位不饱和亚铁结构催化剂的表征、构建和研究应用方面取得了显著成果。课题组在Pt-Ni催化剂体系等其他体系研究中观察到了同样的反应机理，这一概念对其他体系同样适用（中国科学院重大科技基础设施共享服务平台，2010）。(www.xing528.com)
（四）产生的效益
这一科研成果表明上海光源是国家催化科学领域不可或缺的研究设施。英国《Chemistry World》和美国《C&E News》都对该成果做出了相关报道，且该成果在2010年5月8日《Science》以研究报告形式发表。此外，此研究成果成功入选2014年度中国科学十大进展和2014年度中国十大科技进展新闻（中国科学院重大科技基础设施共享服务平台，2010）。此研究抛弃了高耗能的合成气制备环节，和将天然气转化的传统方式相比，该研究反应过程本身做到了不排放任何二氧化碳，对碳原子利用率达到百分之百，极大地缩减了传统工艺过程。中石化原高级副总裁曹湘洪院士提出，虽然目前此研究的推广和应用还存在许多工程技术困难需要攻克，此研究仍然是对天然气应用科学探索过程中的一个飞跃式进展，如果后续研究顺利，该技术会对国内甚至全球石油化工产业起到重要作用。德国巴斯夫集团副总裁穆勒认为该研究是“即将改变世界”的创新性突破，此技术在未来的应用推广中将为页岩气、天然气的高效使用开创崭新的道路（石瑛，2014）。
图15：科技日报头版对甲烷高效转化研究的报道
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