能源化工新突破 甲烷綠色轉(zhuǎn)化新方案面世

《全球涂料網(wǎng)訊》

上海科技大學(xué)左智偉科研團(tuán)隊(duì)在光促進(jìn)甲烷轉(zhuǎn)化這一重要能源化工領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展：他們成功發(fā)展了一種廉價(jià)、高效的鈰基催化劑和醇催化劑的協(xié)同催化體系，解決了利用光能在室溫下把甲烷一步轉(zhuǎn)化為液態(tài)產(chǎn)品的科學(xué)難題，為甲烷轉(zhuǎn)化成高附加值的化工產(chǎn)品(例如火箭推進(jìn)劑燃料)提供了嶄新和更加經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的解決方案。同時(shí)，對這一高效、可持續(xù)的光促進(jìn)鈰催化模式的深入研究和進(jìn)一步推廣應(yīng)用，將為我國高效利用特有的稀土金屬資源提供新的思路和前景。27日，國際頂尖學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》在線發(fā)表該成果。

值得關(guān)注的是，該課題由上�？萍即髮W(xué)物質(zhì)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院左智偉課題組獨(dú)立完成，4位作者平均年齡不到30歲。博士后胡安華、郭婧婧為共同第一作者，2016級碩博連讀研究生潘輝為第二作者，左智偉教授為通訊作者。

天然氣是一種清潔能源和化工原料，隨著近年來探明儲量和開采量的不斷上升，逐漸成為最具經(jīng)濟(jì)價(jià)值的重要自然資源之一。天然氣的直接化學(xué)轉(zhuǎn)化，不僅可以實(shí)現(xiàn)高附加值利用，還能避免天然氣運(yùn)輸所帶來的高額費(fèi)用和污染。天然氣中的主要化合物是甲烷，它是有機(jī)化學(xué)中最難被活化的分子，如何對甲烷進(jìn)行直接活化，是相關(guān)科學(xué)研究目前面臨的主要挑戰(zhàn)。當(dāng)前的高效催化劑主要是稀有且昂貴的貴金屬(鉑、鈀等)，同時(shí)往往需要高溫來提供反應(yīng)活化能，與工業(yè)中對規(guī)模性和經(jīng)濟(jì)性的要求相差甚遠(yuǎn)。

我國特有的稀土資源引起了左智偉課題組的強(qiáng)烈興趣。鈰在稀土資源中占比超過50%，價(jià)格低廉又具有獨(dú)特的光物理性質(zhì)，不過此前在光促有機(jī)反應(yīng)中很少被用作催化劑。左智偉團(tuán)隊(duì)通過對其高價(jià)態(tài)的獨(dú)特電子結(jié)構(gòu)的分析，大膽選擇了配體到金屬電子躍遷途徑，一個之前未受廣泛關(guān)注的簡稱為LMCT的光促躍遷過程，作為研究新型光催化劑的突破點(diǎn)。

從2015年到2018年，經(jīng)過2202次嘗試和優(yōu)化，左智偉課題組最終尋找到一個非常廉價(jià)、高效的催化劑組合。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。他們成功地使用商品化LED光源作為反應(yīng)能量來源，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。

廉價(jià)實(shí)用的鈰催化體系已引起工業(yè)界關(guān)注。2017年底，一家國內(nèi)制藥龍頭企業(yè)已與上科大簽訂合作轉(zhuǎn)讓協(xié)議，中試放大近期取得很大進(jìn)展，目前已具備百公斤級別生產(chǎn)的條件。