上科大年輕科研人員成果廉價(jià)稀土有望取代貴金屬
2018年08月02日 8:8 7371次瀏覽 來(lái)源： 上?？萍紙?bào) 分類： 稀土
記者近日從上?？萍即髮W(xué)獲悉，該校物質(zhì)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院左智偉科研團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出一種廉價(jià)、高效的鈰基催化劑和醇催化劑的協(xié)同催化體系，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(kāi)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)》雜志近日在線發(fā)表這一成果。值得注意的是，該課題的4位作者全部來(lái)自上科大物質(zhì)學(xué)院，平均年齡不到30歲。
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”。天然氣是最具經(jīng)濟(jì)價(jià)值的重要自然資源之一，如果實(shí)現(xiàn)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(lái)的高額費(fèi)用和污染。甲烷作為天然氣的主要成分，是有機(jī)化學(xué)中最難被活化的分子。左智偉介紹說(shuō)，目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(lái)提供反應(yīng)活化能，與工業(yè)中對(duì)規(guī)模性和經(jīng)濟(jì)性的要求相差甚遠(yuǎn)。
光促氧化還原催化是一項(xiàng)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(jué)和勇氣，左智偉團(tuán)隊(duì)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(guó)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(jià)格。”左智偉激動(dòng)地說(shuō)。
大膽嘗試的同時(shí)，也需要小心求證。為了驗(yàn)證方案可行性，左智偉團(tuán)隊(duì)采取分步策略，先后在伯醇、丙烷等物質(zhì)上進(jìn)行驗(yàn)證。從2015年到2018年，兩年前期工作積累、148天沖刺、2202次嘗試和優(yōu)化，才終于確認(rèn)了最優(yōu)的催化劑組合。
實(shí)驗(yàn)顯示，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)揮出與稀有貴金屬相媲美的甲烷催化效果。團(tuán)隊(duì)成功地使用商品化LED光源作為反應(yīng)能量來(lái)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。（作者:劉禹）
責(zé)任編輯：周大偉
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