我国科学家找到室温条件下转化甲烷的新途径

上海科技大学物质科学与技术学院左智伟的科研团队成功发展了一种廉价、高效的铈基催化剂和醇催化剂的协同催化体系，在光促进甲烷转化这一重要能源化工领域取得突破性进展。

甲烷是最小的有机分子，也是有机化学中最难被活化的分子，其惰性碳氢键带来的低反应活性和在溶液中的低溶解度给催化甲烷活化带来了巨大挑战。因此，为了实现高选择性甲烷转化，目前的高效催化剂一般需要使用稀有且昂贵的贵金属(铂、钯等)，同时往往需要高温来提供反应活化能，这与工业中对规模性和经济性的要求相差甚远。

经过几年研究，该研发团队最终寻找到一个非常廉价、高效的催化剂组合。在极其普通的三氯乙醇的协同作用下，廉价稀土金属铈能发挥出与稀有的贵金属相媲美地甲烷催化效果。他们成功地使用商品化LED光源作为反应能量来源，在室温条件下，顺利实现了高选择性地甲烷到高附加值产物的转化。据称，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。反应条件只需室温，无需加热或冷凝；三氯乙醇是常见的化工原料，作为催化剂获取很方便；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，甲烷分子的碳氢键活化和官能团化是涉及能源和化工过程最基本的化学反应之一，由于甲烷分子中碳氢键的高度稳定性和弱极性，它的转化极具挑战性，通常需要高温高压等苛刻的反应条件，因此如何在温和条件下实现甲烷分子碳氢键的官能团化，被认为是化学中的‘圣杯’。该团队的工作代表了甲烷转化研究中的一个新的重大突破，通过精妙的催化反应设计，利用光的促进作用，在室温下实现了甲烷分子的转化，为甲烷的资源化和高值化利用开辟了一条新的途径。

这一独特的铈催化体系的廉价实用性已经引起了工业界的关注。2017年底，国内制药龙头企业之一的浙江九洲药业股份有限公司已和上海科技大学签订了一个关于铈催化氧化反应的合作转让协议。最近研发人员在很短的时间内就在工艺放大上取得了很大的进展，目前已经具备100 kg级别生产的条件。