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廉价稀土有望成为新型甲烷转化催化剂
时间:2018-07-30 11:45:21来源:科技日报
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提要:实验显示,在极其普通的三氯乙醇的协同作用下,廉价稀土金属铈能发挥出与稀有的贵金属相媲美的甲烷催化效果。团队成功地使用商品化LED光源作为反应能量来源,在室温条件下,顺利实现了高选择性的甲烷到高附加值产物的转化。
廉价稀土有望成为新型甲烷转化催化剂

光照一照,气态甲烷变液态燃料,这可能吗?近日,上海科技大学对外发布,该物质科学与技术学院左智伟科研团队开发了一种廉价、高效的铈基催化剂和醇催化剂的协同催化体系,使得甲烷可以在光的照射下转化成高附加值的化工产品。该技术有望代替传统高温高压的贵金属催化体系,为甲烷开发利用提供崭新和更加经济、环保的解决方案。《科学》杂志当天凌晨在线发表这一成果。

甲烷作为天然气的主要成分,是有机化学中最简单的化合物,但也是最难被活化的分子。甲烷直接活化的探索,是有机化学研究领域公认的“圣杯”。左智伟教授介绍说,目前国际上常用的高效催化剂一般需要使用稀有且昂贵的贵金属(铂、钯等),同时往往需要高温高压的反应条件,考虑到规模性和经济性,这种方法很难实际应用到工业中。

光促氧化还原催化是一项新兴的催化技术,但用光能在室温下活化甲烷,此前尚未有人尝试。凭着直觉和勇气,左智伟团队大胆尝试了这一催化技术,并选取了铈这一在有机光化学中很少使用的材料作为催化剂。“铈在我国的稀土资源中占比近50%,如果成功了,一定可以大大降低催化剂的价格。”左智伟激动地说。值得一提的是,该课题的四位作者全部来自上科大物质学院,平均年龄不到30岁,是国内科学界的生力军。

“从一开始我们就认识到了这种方式的风险性,因此没有贸然对甲烷展开研究。”为了验证方案可行性,左智伟团队采取分步策略,先后在伯醇、丙烷等物质上进行验证。2202次尝试和优化,足足花了团队两年时间,直到今年5月,才终于确认了最优的催化剂组合。实验显示,在极其普通的三氯乙醇的协同作用下,廉价稀土金属铈能发挥出与稀有的贵金属相媲美的甲烷催化效果。团队成功地使用商品化LED光源作为反应能量来源,在室温条件下,顺利实现了高选择性的甲烷到高附加值产物的转化。据介绍,该种催化剂非常易得,且市售价格不到铂类催化剂价格的万分之一,为规模性应用奠定了优势。去年底,上科大和相关药业公司签订了一个关于铈催化氧化反应的合作转让协议,目前已经具备百公斤级别的生产条件。

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作者系龚雨 王春

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