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元素百科为您介绍上海科技大学研究团队开发出独特的铈催化体系。上海科技大学物质科学与技术学院左智伟团队，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：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。 这一基础研究领域的突破，解决了利用光能在室温下把甲烷一步转化为液态产品的科学难题，为甲烷转化成高附加值的化工产品（例如火箭推进剂燃料）提供了崭新和更加经济、环保的解决方案。同时，对这一高效、可持续的光促进铈催化模式的深入研究和进一步推广应用，将为我国高效利用特有的稀土金属资源提供新的思路和前景。 7月27日凌晨，这一重大科研成果在线发表于《科学》（Science）。据悉，该课题由左智伟课题组独立完成，四位作者全部来自上科大物质学院，平均年龄不到30岁。 天然气中的主要化合物是甲烷。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’。 铈是我国特有的稀土资源，具有低廉的价格和独特的光物理特性，因此研究人员选择了配体到金属电子跃迁途径，一个之前未受广泛关注的简称为LMCT的光促跃迁过程，作为研究新型光催化剂的突破点。 左智伟团队经过2年多的艰苦攻关，2202次尝试和优化，终于寻找到了一个非常廉价、高效的催化剂组合。在极其普通的三氯乙醇的协同作用下，并成功地使用商品化LED光源作为反应能量来源，廉价稀土金属铈能发挥出与稀有的贵金属相媲美的甲烷催化效果，在室温条件下，顺利实现了高选择性的甲烷到高附加值产物的转化。 该论文第一作者胡安华告诉记者，这一体系的特色在于，突破均相催化中依左智伟赖贵金属的碳氢键插入实现甲烷活化的范式，高效利用铈催化剂将光能转化为化学能，采用氢转移模式来直接将甲烷活化为高反应性的甲基自由基，结合自由基偶联策略，从而能够实现一系列光促进的官能团化反应，给甲烷活化提供了条件温和、多样性转化的新平台。 中科院院士、中科院上海有机化学研究所所长、上海科技大学副校长丁奎岭认为，“左智伟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。” 美国国家科学院院士，普林斯顿大学教授DavidMacMillan评价说：“左智伟团队取得了一个惊人的突破。这一新的研究成果又开创了一个甲烷活化的新方向，他们发展的LMCT催化方法将在医药、农业化学品和精细化工等行业中有着毋庸置疑的应用潜力。这是一个来自中国的年轻研究小组所完成的一项将在世界范围内产生广泛影响的工作，我十分期待他们的下一个突破。” 荷兰壳牌石油公司的新能源技术资深首席科学家AlexandervanderMade和甲烷转化项目经理SanderVanBavel一致认为：“在烷烃活化领域，这一工作是优异和精巧化学设计的体现。更重要的是，这一发现标志着，我们已经在温和条件下烷烃的绿色转化道路上迈出了关键一步。最终，这一方向的发展将能为化学工业充分利用甲烷这一丰富的自然资源提供解决方案。” 值得一提的是，左智伟课题组开发出的这一独特的铈催化体系，催化剂的廉价实用性已经引起了工业界的关注。2017年底，已经与相关药业公司签订了铈催化氧化反应的合作转让协议。

元素百科为您介绍研究人员发现了一种使用了令人惊讶的分子的化学反应。在20世纪中叶的十多年里，化学家们一直在争论“碳阳离子”，带正电碳原子的分子-到底是什么样子。所谓的“经典观点”，是在那个世纪初教授的，声称这些分子中的碳携带电荷；“非经典观点”认为，电荷也可以由附近的其他原子共享。无论是理论还是实验最终都证明了非经典碳水化合物的存在，这场争论逐渐消失了。大多数化学家认为，即使存在这些结构，它们也没有实际意义。 现在，加州大学洛杉矶分校的研究人员发现了一种化学反应，也许有一天会被用来将石油加工成有用的化合物，非经典碳水化合物在其中起着关键作用。这一结果发表在7月27日的“科学”杂志上，强调了非经典阳离子的重要性，离子的电子数比质子少，因此带正电荷。该发现还提供了一个新的反应过程中的烷烃，化学物质中发现的甲烷和丙烷气体是臭名昭著的难以转化为其他产品。 这项研究的资深作者、加州大学洛杉矶分校化学和生物化学助理教授霍西娅·纳尔逊(HoseaNelson)说：“这种反应既有很大的实际潜力，也有令人惊讶的化学反应。” 现在我们已经证明了这些物种在解释反应性和选择性方面的重要性。 纳尔逊实验室致力于开发新的化学反应，这些化学反应在制造药物和处理不需要的废品方面有实际用途。 我们的目标是将炼油厂的烟囱垃圾转化为药品。这类废物产生的烷烃造成了一个特别的问题，因为它们在化学上非常稳定。这意味着很难拆散将这些分子结合在一起的键。 然而，去年，尼尔森和他的同事们发现了一种化学反应，这种化学反应似乎能有效地将烷烃转变成一种化学上更有用的副产品。只有一个问题，尼尔森说。“这是一种非常强烈的反应，但我们无法解释它是如何起作用的，以及为什么起作用。” 当研究人员用现代计算方法进一步分析该反应时，他们发现该反应涉及非经典碳阳离子的形成。 这是一个令人惊讶的根本性发现，它引入了许多其他问题，我们认为这些反应的非典型性将使我们能够打破化学合成的许多规则，开发新类型的反应。 由于电荷是由多个原子(非经典模型)共同承担的，分子有更大的灵活性来进行一系列不同的反应，包括那些需要打破烷烃的强键的反应。只有用分子动力学来观察反应，在反应发生时跟随原子的运动，才能理解这些反应。 我们已经开发了一种全新的方式来考虑反应通过我们的分子动力学模拟。目前，烷烃并没有直接转化成药物，而是被转化成其他化学物质，这些化学物质可能对处理药物分子很有用。研究人员怀疑这个反应在分解一些不可生物降解的塑料中的长烷烃分子方面也有效用。该团队正在更详细地研究这两种应用。