我研究人员实现甲烷在室温条件下直接催化转化

2018年08月30日08:43  来源:科技日报
 

甲烷作为天然气、页岩气、可燃冰的主要成分,拥有最稳定的烷烃分子结构,具有高度的四面体对称性,极难在温和的条件下对其活化。因此,甲烷的选择活化和定向转化一直是世界性的难题,被称为化学领域“圣杯”式的研究课题。

日前,我研究人员经过长期研究,在二维催化材料和纳米限域催化的基础上,发现石墨烯限域的单原子铁中心可以在25℃的条件下,直接将甲烷催化转化为高附加值的C1含氧化合物。据悉,该项工作由中科院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室邓德会研究员和包信和院士带领团队共同完成,相关成果全文发表于Cell Press旗下的《化学》Chem期刊上。该成果发表后受到了国内外的广泛关注,被业内认为是甲烷化学领域的重要突破。

中科院大连化物所邓德会研究员介绍,甲烷转化往往需要在600℃—1100℃的高温下进行反应,而降低反应温度会对甲烷的基础研究和工业应用具有重要意义。他们在前期研究二维催化材料温和条件下活化C-H键的基础上,经过长达6年的努力,设计出一系列石墨烯限域的3d过渡金属中心(锰,铁,钴,镍,铜)催化材料。

大量试验表明,石墨烯限域的单铁中心在室温条件下,以双氧水为氧化剂,完全不需要额外引入其他任何形式的能量,可直接将甲烷催化转化为C1含氧化合物。此后,他们又借助高分辨液体核磁共振波谱和自行研制的飞行时间质谱原位表征等手段,揭示出甲烷催化反应的过程和本质,该工作不仅为温和条件下甲烷转化高效催化剂的设计提供了新思路,也推动了甲烷催化转化领域的创新发展。(记者郝晓明)

(责编:姜淑敏(实习生)、熊旭)

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