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)隊開發(fā)了一種廉價、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，目前國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，這種方法很難實際應(yīng)用到工業(yè)中。

光促氧化還原催化是一項新興的催化技術(shù)，但用光能在室溫下活化甲烷，此前尚未有人嘗試。憑著直覺和勇氣，左智偉團(tuán)隊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格。”左智偉激動地說。值得一提的是，該課題的四位作者全部來自上科大物質(zhì)學(xué)院，平均年齡不到30歲，是國內(nèi)科學(xué)界的生力軍。

“從一開始我們就認(rèn)識到了這種方式的風(fēng)險性，因此沒有貿(mào)然對甲烷展開研究。”為了驗證方案可行性，左智偉團(tuán)隊采取分步策略，先后在伯醇、丙烷等物質(zhì)上進(jìn)行驗證。2202次嘗試和優(yōu)化，足足花了團(tuán)隊兩年時間，直到今年5月，才終于確認(rèn)了最優(yōu)的催化劑組合。實驗顯示，在極其普通的三氯乙醇的協(xié)同作用下，廉價稀土金屬鈰能發(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，且市售價格不到鉑類催化劑價格的萬分之一，為規(guī)模性應(yīng)用奠定了優(yōu)勢。去年底，上科大和相關(guān)藥業(yè)公司簽訂了一個關(guān)于鈰催化氧化反應(yīng)的合作轉(zhuǎn)讓協(xié)議，目前已經(jīng)具備百公斤級別的生產(chǎn)條件。