廉價稀土可能成為新型甲烷轉(zhuǎn)化催化劑
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(lǐng)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(guī)模性和經(jīng)濟性，這種方法很難實際應用到工業(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，左智偉團隊大膽嘗試了這一催化技術(shù)，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(zhì)學院，平均年齡不到30歲，是國內(nèi)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(mào)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(zhì)上進行驗證。2202次嘗試和優(yōu)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(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(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。
