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我研究人員實現甲烷在室溫條件下直接催化轉化


科技日報訊  甲烷作為天然氣、頁巖氣、可燃冰的主要成分,擁有最穩定的烷烴分子結構,具有高度的四面體對稱性,極難在溫和的條件下對其活化。因此,甲烷的選擇活化和定向轉化一直是世界性的難題,被稱為化學領域“圣杯”式的研究課題。

日前,我研究人員經過長期研究,在二維催化材料和納米限域催化的基礎上,發現石墨烯限域的單原子鐵中心可以在25℃的條件下,直接將甲烷催化轉化為高附加值的C1含氧化合物。據悉,該項工作由中科院大連化學物理研究所催化基礎國家重點實驗室鄧德會研究員和包信和院士帶領團隊共同完成,相關成果全文發表于Cell Press旗下的《化學》Chem期刊上。該成果發表后受到了國內外的廣泛關注,被業內認為是甲烷化學領域的重要突破。

中科院大連化物所鄧德會研究員介紹,甲烷轉化往往需要在600℃—1100℃的高溫下進行反應,而降低反應溫度會對甲烷的基礎研究和工業應用具有重要意義。他們在前期研究二維催化材料溫和條件下活化C-H鍵的基礎上,經過長達6年的努力,設計出一系列石墨烯限域的3d過渡金屬中心(錳,鐵,鈷,鎳,銅)催化材料。

大量試驗表明,石墨烯限域的單鐵中心在室溫條件下,以雙氧水為氧化劑,完全不需要額外引入其他任何形式的能量,可直接將甲烷催化轉化為C1含氧化合物。此后,他們又借助高分辨液體核磁共振波譜和自行研制的飛行時間質譜原位表征等手段,揭示出甲烷催化反應的過程和本質,該工作不僅為溫和條件下甲烷轉化高效催化劑的設計提供了新思路,也推動了甲烷催化轉化領域的創新發展。

本文由 ailsa 編輯發布
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