甲烷，有機(jī)化學(xué)中最難被轉(zhuǎn)化的“頑固分子”。近日，上海科技大學(xué)物質(zhì)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院左智偉團(tuán)隊(duì)破解了這一難題，他們找到了一個(gè)低成本、高效率的催化劑組合，室溫條件下，就可實(shí)現(xiàn)甲烷轉(zhuǎn)化。這為甲烷轉(zhuǎn)化為火箭推進(jìn)劑燃料等高附加值化工產(chǎn)品提供了新方案，為我國(guó)高效利用特有稀土金屬資源提供了新思路。相關(guān)研究成果日前發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》上。

　　光促鈰催化甲烷碳?xì)滏I官能團(tuán)化反應(yīng)示意圖。上科大供圖

　　隨著探明儲(chǔ)量和開(kāi)采量的不斷提升，天然氣逐漸成為極具經(jīng)濟(jì)價(jià)值的重要自然資源之一。如果能對(duì)天然氣進(jìn)行直接的化學(xué)轉(zhuǎn)化，那么不僅可以實(shí)現(xiàn)天然氣的高附加值利用，而且還能避免天然氣運(yùn)輸帶來(lái)的高額費(fèi)用和污染。然而，對(duì)天然氣進(jìn)行直接轉(zhuǎn)化并非易事。

　　天然氣中的主要化合物是甲烷，而甲烷又是有機(jī)化學(xué)中最難被轉(zhuǎn)化的分子。科學(xué)家一直沒(méi)找到成本低廉、轉(zhuǎn)化高效、反應(yīng)條件溫和的轉(zhuǎn)化辦法。據(jù)了解，目前甲烷直接轉(zhuǎn)化的高效催化劑需要使用稀有且昂貴的鉑、鈀等貴金屬，反應(yīng)條件還需要是高溫，這與工業(yè)中期待甲烷直接轉(zhuǎn)化兼具規(guī)模性和經(jīng)濟(jì)性的要求相去甚遠(yuǎn)。

　　研究團(tuán)隊(duì)合影(左起)：胡安華(共同第一作者)、左智偉(通訊作者)、潘輝(第二作者)、郭婧婧(共同第一作者)

　　經(jīng)過(guò)2年的前期工作積累、148天沖刺、2202次嘗試和優(yōu)化，左智偉團(tuán)隊(duì)最終找到一個(gè)高效催化劑組合——“鈰基催化劑+醇催化劑”，即室溫條件下，在三氯乙醇和稀土金屬鈰的協(xié)同催化下，完成甲烷轉(zhuǎn)化。

　　左智偉介紹，該催化劑組合的最大優(yōu)點(diǎn)是充分注重反應(yīng)全過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性。第一，反應(yīng)條件只需室溫，無(wú)需加熱或冷凝;第二，三氯乙醇是常見(jiàn)的化工原料，作為催化劑獲取很方便;第三，鈰在我國(guó)稀土資源中占比接近50%，三氯化鈰每噸價(jià)格約1.8萬(wàn)元，相當(dāng)于傳統(tǒng)鉑、鈀等貴金屬催化劑價(jià)格的萬(wàn)分之一。

　　業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為，該團(tuán)隊(duì)通過(guò)精巧的化學(xué)設(shè)計(jì)找到了催化“頑固分子”甲烷的新方法，為充分利用甲烷這一豐富的自然資源提供了解決方案，在醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)化學(xué)品和精細(xì)化工等行業(yè)中具有廣泛應(yīng)用前景。