城事;文化
| | | 2018年07月28日 星期六
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上海科技大学团队以稀土资源“铈”为突破口取得重大进展

找到室温甲烷绿色转化新途径


    本报讯  (见习记者李晨琰)天然气作为一种清洁能源和化工原料,其主要化合物甲烷的直接活化,是目前科学上面临的主要挑战。昨天凌晨,上海科技大学物质科学与技术学院传来好消息,该院科研团队成功发展了一种廉价、高效的铈基催化剂和醇催化剂的协同催化体系,在促进甲烷转化这一重要能源化工领域取得突破性进展。

    “这群平均年龄不到30岁的年轻人历经两年前期工作积累,最终寻找到一个非常廉价、高效的催化剂组合。”上海科技大学副校长兼教务长印杰表示,这一基础研究领域的突破不仅解决了利用光能在室温下把甲烷一步转化为液态产品的科学难题,同时为甲烷转化成高附加值的化工产品提供了更加经济、环保的解决方案。相关成果已在美国 《科学》杂志发表。

    “甲烷是最小的有机分子,也是有机化学中最难被活化的分子。”该论文通讯作者、物质学院助理教授左智伟表示。目前,市场上为实现高选择性甲烷转化,往往选用稀有且昂贵的贵金属(铂、钯等)作为高效催化剂。

    有没有更好的解决方法?我国丰富的稀土资源引起了课题组强烈兴趣。虽然铈在光促有机反应中很少被用作催化剂,但它在我国的稀土资源中占比约50%,价格低廉却具有独特的光物理性质。论文第一作者、课题组博士后胡安华表示,通过对铈高价态的独特电子结构的分析,课题组选择了配体到金属电子跃迁途径,作为研究新型光催化剂的突破点。

    经过一年反复实验,课题组终于在2016年验证了简单易得的铈化合物在LMCT(配体到金属电子跃迁)催化中将光能转化为化学能的可行性。去年年底,课题组又实现了利用光能直接将醇活化形成高能的氧自由基。

    经过一轮又一轮的实验参数优化和反应器的改进,今年 “五一”期间,课题组最终确认了最优的催化剂。在极其普通的三氯乙醇协同作用下,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,课题组成功地使用商品化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。

    据透露,目前这一独特的铈催化体系,其催化剂的廉价与实用性已引起工业界的关注。去年底,国内某制药龙头企业已和上科大签署关于铈催化氧化反应的合作转让协议, “未来,我们希望能为化学工业充分利用甲烷这一丰富的自然资源提供更多解决方案。”

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