上科大團隊研發甲烷綠色轉化新方案

本報上海7月30日電（記者姜泓冰）上海科技大學左智偉科研團隊在光促進甲烷轉化這一重要能源化工領域取得突破性進展：他們成功發展了一種廉價、高效的鈰基催化劑和醇催化劑的協同催化體系，解決了利用光能在室溫下把甲烷一步轉化為液態產品的科學難題，為甲烷轉化成高附加值的化工產品（例如火箭推進劑燃料）提供了嶄新和更加經濟、環保的解決方案。同時，對這一高效、可持續的光促進鈰催化模式的深入研究和進一步推廣應用，將為我國高效利用特有的稀土金屬資源提供新的思路和前景。27日，國際頂尖學術期刊《科學》在線發表該成果。

值得關注的是，該課題由上海科技大學物質科學與技術學院左智偉課題組獨立完成，4位作者平均年齡不到30歲。博士后胡安華、郭婧婧為共同第一作者，2016級碩博連讀研究生潘輝為第二作者，左智偉教授為通訊作者。

天然氣是一種清潔能源和化工原料，隨著近年來探明儲量和開采量的不斷上升，逐漸成為最具經濟價值的重要自然資源之一。天然氣的直接化學轉化，不僅可以實現高附加值利用，還能避免天然氣運輸所帶來的高額費用和污染。天然氣中的主要化合物是甲烷，它是有機化學中最難被活化的分子，如何對甲烷進行直接活化，是相關科學研究目前面臨的主要挑戰。當前的高效催化劑主要是稀有且昂貴的貴金屬（鉑、鈀等），同時往往需要高溫來提供反應活化能，與工業中對規模性和經濟性的要求相差甚遠。

我國特有的稀土資源引起了左智偉課題組的強烈興趣。鈰在稀土資源中占比超過50%，價格低廉又具有獨特的光物理性質，不過此前在光促有機反應中很少被用作催化劑。左智偉團隊通過對其高價態的獨特電子結構的分析，大膽選擇了配體到金屬電子躍遷途徑，一個之前未受廣泛關注的簡稱為LMCT的光促躍遷過程，作為研究新型光催化劑的突破點。

從2015年到2018年，經過2202次嘗試和優化，左智偉課題組最終尋找到一個非常廉價、高效的催化劑組合。在極其普通的三氯乙醇的協同作用下，廉價稀土金屬鈰能發揮出與稀有的貴金屬相媲美的甲烷催化效果。他們成功地使用商品化LED光源作為反應能量來源，在室溫條件下，順利實現了高選擇性的甲烷到高附加值產物的轉化。

廉價實用的鈰催化體系已引起工業界關注。2017年底，一家國內制藥龍頭企業已與上科大簽訂合作轉讓協議，中試放大近期取得很大進展，目前已具備百公斤級別生產的條件。

《 人民日報 》（ 2018年07月31日 12 版）