新型甲烷轉化催化劑：廉價的稀土？！

發布時間：2018-07-30 15:16 原文鏈接：新型甲烷轉化催化劑：廉價的稀土？！

　　光照一照，氣態甲烷變液態燃料，這可能嗎？近日，上海科技大學對外發布，該物質科學與技術學院左智偉科研團隊開發了一種廉價、高效的鈰基催化劑和醇催化劑的協同催化體系，使得甲烷可以在光的照射下轉化成高附加值的化工產品。該技術有望代替傳統高溫高壓的貴金屬催化體系，為甲烷開發利用提供嶄新和更加經濟、環保的解決方案。《科學》雜志當天凌晨在線發表這一成果。

　　甲烷作為天然氣的主要成分，是有機化學中最簡單的化合物，但也是最難被活化的分子。甲烷直接活化的探索，是有機化學研究領域公認的“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條件，考慮到規模性和經濟性，這種方法很難實際應用到工業中。

　　光促氧化還原催化是一項新興的催化技術，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，左智偉團隊大膽嘗試了這一催化技術，并選取了鈰這一在有機光化學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學院，平均年齡不到30歲，是國內科學界的生力軍。

　　“從一開始我們就認識到了這種方式的風險性，因此沒有貿然對甲烷展開研究。”為了驗證方案可行性，左智偉團隊采取分步策略，先后在伯醇、丙烷等物質上進行驗證。2202次嘗試和優化，足足花了團隊兩年時間，直到今年5月，才終于確認了最優的催化劑組合。實驗顯示，在極其普通的三氯乙醇的協同作用下，廉價稀土金屬鈰能發揮出與稀有的貴金屬相媲美的甲烷催化效果。團隊成功地使用商品化LED光源作為反應能量來源，在室溫條件下，順利實現了高選擇性的甲烷到高附加值產物的轉化。據介紹，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，為規模性應用奠定了優勢。去年底，上科大和相關藥業公司簽訂了一個關于鈰催化氧化反應的合作轉讓協議，目前已經具備百公斤級別的生產條件。