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中國科學(xué)家發(fā)明新催化劑，馴服甲烷可做火箭燃料

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2018-07-29 11:55:20 字號：A- A A+ 來源：新華社

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據(jù)新華社7月28日報道，甲烷，有機化學(xué)中最難被轉(zhuǎn)化的“頑固分子”。近日，上?？萍即髮W(xué)物質(zhì)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院左智偉團隊破解了這一難題，他們找到了一個低成本、高效率的催化劑組合，室溫條件下，就可實現(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官能團化反應(yīng)示意圖。上科大供圖

隨著探明儲量和開采量的不斷提升，天然氣逐漸成為極具經(jīng)濟價值的重要自然資源之一。如果能對天然氣進(jìn)行直接的化學(xué)轉(zhuǎn)化，那么不僅可以實現(xiàn)天然氣的高附加值利用，而且還能避免天然氣運輸帶來的高額費用和污染。然而，對天然氣進(jìn)行直接轉(zhuǎn)化并非易事。

天然氣中的主要化合物是甲烷，而甲烷又是有機化學(xué)中最難被轉(zhuǎn)化的分子?？茖W(xué)家一直沒找到成本低廉、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)濟性的要求相去甚遠(yuǎn)。

研究團隊合影（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，左智偉團隊最終找到一個高效催化劑組合——“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)點是充分注重反應(yīng)全過程的經(jīng)濟性。第一，反應(yīng)條件只需室溫，無需加熱或冷凝；第二，三氯乙醇是常見的化工原料，作為催化劑獲取很方便；第三，鈰在我國稀土資源中占比接近50%，三氯化鈰每噸價格約1.8萬元，相當(dāng)于傳統(tǒng)鉑、鈀等貴金屬催化劑價格的萬分之一。

業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為，該團隊通過精巧的化學(xué)設(shè)計找到了催化“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。
標(biāo)簽火箭發(fā)動機運載火箭科技創(chuàng)新科技前沿
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