中国科学家发明新催化剂 驯服甲烷可做火箭燃料

2018-07-29 17:01 新华网

  甲烷,有机化学中最难被转化的“顽固分子”。近日,上海科技大学物质科学与技术学院左智伟团队破解了这一难题,他们找到了一个低成本、高效率的催化剂组合,室温条件下,就可实现甲烷转化。 这为甲烷转化为火箭推进剂燃料等高附加值化工产品提供了新方案,为我国高效利用特有稀土金属资源提供了新思路。相关研究成果日前发表在国际学术期刊《科学》上。

光促铈催化甲烷碳氢键官能团化反应示意图。上科大供图

  随着探明储量和开采量的不断提升,天然气逐渐成为极具经济价值的重要自然资源之一。如果能对天然气进行直接的化学转化,那么不仅可以实现天然气的高附加值利用,而且还能避免天然气运输带来的高额费用和污染。然而,对天然气进行直接转化并非易事。

  天然气中的主要化合物是甲烷,而甲烷又是有机化学中最难被转化的分子。科学家一直没找到成本低廉、转化高效、反应条件温和的转化办法。据了解,目前甲烷直接转化的高效催化剂需要使用稀有且昂贵的铂、钯等贵金属,反应条件还需要是高温,这与工业中期待甲烷直接转化兼具规模性和经济性的要求相去甚远。

研究团队合影(左起):胡安华(共同第一作者)、左智伟(通讯作者)、潘辉(第二作者)、郭婧婧(共同第一作者)

  经过2年的前期工作积累、148天冲刺、2202次尝试和优化,左智伟团队最终找到一个高效催化剂组合——“铈基催化剂+醇催化剂”,即室温条件下,在三氯乙醇和稀土金属铈的协同催化下,完成甲烷转化。

  左智伟介绍,该催化剂组合的最大优点是充分注重反应全过程的经济性。第一,反应条件只需室温,无需加热或冷凝;第二,三氯乙醇是常见的化工原料,作为催化剂获取很方便;第三,铈在我国稀土资源中占比接近50%,三氯化铈每吨价格约1.8万元,相当于传统铂、钯等贵金属催化剂价格的万分之一。

  业内专家认为,该团队通过精巧的化学设计找到了催化“顽固分子”甲烷的新方法,为充分利用甲烷这一丰富的自然资源提供了解决方案,在医药、农业化学品和精细化工等行业中具有广泛应用前景。

责编:黎晓珊
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