光照一照，氣態(tài)甲烷變液態(tài)燃料，這可能嗎?近日，上?？萍即髮W(xué)對(duì)外發(fā)布，該物質(zhì)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院左智偉科研團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種廉價(jià)、高效的鈰基催化劑和醇催化劑的協(xié)同催化體系，使得甲烷可以在光的照射下轉(zhuǎn)化成高附加值的化工產(chǎn)品。該技術(shù)有望代替?zhèn)鹘y(tǒng)高溫高壓的貴金屬催化體系，為甲烷開(kāi)發(fā)利用提供嶄新和更加經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的解決方案?！犊茖W(xué)》雜志當(dāng)天凌晨在線發(fā)表這一成果。

甲烷作為天然氣的主要成分，是有機(jī)化學(xué)中最簡(jiǎn)單的化合物，但也是最難被活化的分子。甲烷直接活化的探索，是有機(jī)化學(xué)研究領(lǐng)域公認(rèn)的“圣杯”。左智偉教授介紹說(shuō)，目前國(guó)際上常用的高效催化劑一般需要使用稀有且昂貴的貴金屬(鉑、鈀等)，同時(shí)往往需要高溫高壓的反應(yīng)條件，考慮到規(guī)模性和經(jīng)濟(jì)性，這種方法很難實(shí)際應(yīng)用到工業(yè)中。

光促氧化還原催化是一項(xiàng)新興的催化技術(shù)，但用光能在室溫下活化甲烷，此前尚未有人嘗試。憑著直覺(jué)和勇氣，左智偉團(tuán)隊(duì)大膽嘗試了這一催化技術(shù)，并選取了鈰這一在有機(jī)光化學(xué)中很少使用的材料作為催化劑。“鈰在我國(guó)的稀土資源中占比近50%，如果成功了，一定可以大大降低催化劑的價(jià)格。”左智偉激動(dòng)地說(shuō)。值得一提的是，該課題的四位作者全部來(lái)自上科大物質(zhì)學(xué)院，平均年齡不到30歲，是國(guó)內(nèi)科學(xué)界的生力軍。

“從一開(kāi)始我們就認(rèn)識(shí)到了這種方式的風(fēng)險(xiǎn)性，因此沒(méi)有貿(mào)然對(duì)甲烷展開(kāi)研究。”為了驗(yàn)證方案可行性，左智偉團(tuán)隊(duì)采取分步策略，先后在伯醇、丙烷等物質(zhì)上進(jìn)行驗(yàn)證。2202次嘗試和優(yōu)化，足足花了團(tuán)隊(duì)兩年時(shí)間，直到今年5月，才終于確認(rèn)了最優(yōu)的催化劑組合。實(shí)驗(yàn)顯示，在極其普通的三氯乙醇的協(xié)同作用下，廉價(jià)稀土金屬鈰能發(fā)揮出與稀有的貴金屬相媲美的甲烷催化效果。團(tuán)隊(duì)成功地使用商品化LED光源作為反應(yīng)能量來(lái)源，在室溫條件下，順利實(shí)現(xiàn)了高選擇性的甲烷到高附加值產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化。據(jù)介紹，該種催化劑非常易得，且市售價(jià)格不到鉑類(lèi)催化劑價(jià)格的萬(wàn)分之一，為規(guī)模性應(yīng)用奠定了優(yōu)勢(shì)。去年底，上科大和相關(guān)藥業(yè)公司簽訂了一個(gè)關(guān)于鈰催化氧化反應(yīng)的合作轉(zhuǎn)讓協(xié)議，目前已經(jīng)具備百公斤級(jí)別的生產(chǎn)條件。