碳纳米管、石墨烯等碳材料是当今科技发展的热点，它们具有优异的物理化学性能。碳纳米管的硬度与金刚石相当，且拥有良好的柔韧性，其抗拉强度达到50～200吉帕，是钢的100倍，密度却只有钢的1/6，可与其他工程材料制成复合材料以改善性能。此外，碳纳米管的结构与石墨的片层结构相同，具有很好的电学性能，也是优异的电池电极材料。
石墨烯具有非同寻常的导电性能、韧性、热传导性能以及极好的透光性，成为制备化学传感器、晶体管、柔性显示屏、电池等的理想材料。此外，炭黑也是重要的碳材料，具有稳定、耐热、耐化学品、耐光等特点，广泛用于塑料、橡胶制品的改质添加剂、电池电极、黑色颜料等。
这些重要的高端碳材料均来自甲烷裂解过程，通过在高温条件下将甲烷裂解为碳和氢气，实现碳材料的制备。该过程副产物氢气，也是重要的清洁能源。氢具有很高的燃烧热值，1千克氢气的热值为34000千卡，是汽油的3倍。燃烧的产物是水，不污染环境。
那如何从天然气里获取碳材料呢？甲烷分子具有稳定的碳—氢连接结构，在没有催化剂存在时，想要让甲烷中的碳和氢断绝联系（裂解）往往需要1000℃以上的高温。通过科学家们的不断探索，发现采用镍金属作为催化剂，降低了甲烷裂解所需的反应活化能，可在相对较低的温度下（650～750℃）减弱甲烷分子中氢原子与碳原子连接力，加快甲烷分解。甲烷在镍基催化剂上的解离是逐步进行的，镍基催化剂吸附甲烷后，甲烷通过CH3→CH2→CH→C逐渐解离为金属碳化物和氢。
甲烷裂解过程副产大量的氢气，与当前工业上常用的甲烷制氢的方法相比，不会释放二氧化碳或有毒的一氧化碳。
此外，与目前工业上常用的甲烷蒸汽重整和用可再生电力的水电解制氢技术相比，生产相同单位的氢气，甲烷裂解制氢的过程中二氧化碳排放可与水电解相媲美，比甲烷蒸汽重整清洁50％以上，使得甲烷裂解技术也成为一种重要的清洁制取氢气的替代方案。因此，甲烷裂解制碳材料、氢气技术可谓一举多得。