甲烷绿色转化新方案面世-中国化工环保协会
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甲烷绿色转化新方案面世
 | 日期:2018-9-11


 

  上海科技大学左智伟科研团队在光促进甲烷转化这一重要能源化工领域取得突破性进展:他们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,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,为甲烷转化成高附加值的化工产品(例如火箭推进剂燃料)提供了崭新和更加经济、环保的解决方案。同时,对这一高效、可持续的光促进铈催化模式的深入研究和进一步推广应用,将为我国高效利用特有的稀土金属资源提供新的思路和前景。27日,国际顶尖学术期刊《科学》在线发表该成果。

  该课题由上海科技大学物质科学与技术学院左智伟课题组独立完成,4位作者平均年龄不到30岁。

  天然气是一种清洁能源和化工原料,随着近年来探明储量和开采量的不断上升,逐渐成为最具经济价值的重要自然资源之一。天然气的直接化学转化,不仅可以实现高附加值利用,还能避免天然气运输所带来的高额费用和污染。天然气中的主要化合物是甲烷,它是有机化学中最难被活化的分子,如何对甲烷进行直接活化,是相关科学研究目前面临的主要挑战。当前的高效催化剂主要是稀有且昂贵的贵金属(铂、钯等),同时往往需要高温来提供反应活化能,与工业中对规模性和经济性的要求相差甚远。

  我国特有的稀土资源引起了左智伟课题组的强烈兴趣。铈在稀土资源中占比超过50%,价格低廉又具有独特的光物理性质,不过此前在光促有机反应中很少被用作催化剂。左智伟团队通过对其高价态的独特电子结构的分析,大胆选择了配体到金属电子跃迁途径,一个之前未受广泛关注的简称为LMCT的光促跃迁过程,作为研究新型光催化剂的突破点。

  从2015年到2018年,经过2202次尝试和优化,左智伟课题组最终寻找到一个非常廉价、高效的催化剂组合。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。他们成功地使用商品化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。 廉价实用的铈催化体系已引起工业界关注。2017年底,一家国内制药龙头企业已与上科大签订合作转让协议,中试放大近期取得很大进展,目前已具备百公斤级别生产的条件。

 

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