可燃冰是一種重要的儲備能源，試采可燃冰的產(chǎn)品中99.5%成分是甲烷。據(jù)推斷，在我國南海可燃冰的儲量至少達(dá)800億噸石油當(dāng)量。目前可燃冰開采技術(shù)中的減壓開采法，在可燃冰減壓過程中會導(dǎo)致可燃冰氣化，對甲烷氣體的儲存和運輸將是一大考驗。如能利用海上條件，將甲烷轉(zhuǎn)化為高附加值的液態(tài)產(chǎn)品，將為可燃冰利用提供技術(shù)參考。熊宇杰研究團(tuán)隊針對甲烷的綠色可持續(xù)利用，開展了一系列的研究（J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 269；Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 9357；Research 2022, 9831340；Nat. Commun.2022, 13, 2806）。近日，熊宇杰/龍冉研究團(tuán)隊開發(fā)了一種綠色高效的光催化甲烷鹵化技術(shù)，在僅利用光照、甲烷和海水的條件下進(jìn)行鹵代甲烷合成，進(jìn)而以串聯(lián)反應(yīng)實現(xiàn)了甲醇和藥物中間體的高效合成，發(fā)表在《自然×通訊》期刊（Nat. Commun. 2023, 14, 1410）。
鹵代甲烷作為一種多功能的平臺分子，廣泛應(yīng)用于甲醇、乙酸、丙烯等高附加值化學(xué)品和燃料的生產(chǎn)。然而，目前鹵代甲烷的合成通常涉及氯氣、溴化氫等腐蝕性原料和苛刻的反應(yīng)條件，不僅需要復(fù)雜的工藝和巨大的能量消耗，而且對環(huán)境具有較大的潛在威脅。該研究團(tuán)隊設(shè)計了一種銅摻雜的二氧化鈦催化材料，以綠色且易得的堿金屬鹵化物為鹵素源，在光照下實現(xiàn)了鹵代甲烷的高效合成，生成速率達(dá)1毫摩爾每克每小時。該方法可以利用海上的光照和海水條件，將甲烷高效地轉(zhuǎn)化為氯代甲烷，證實了光催化甲烷氯化技術(shù)在可燃冰利用方面的可行性。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計了一種串聯(lián)反應(yīng)裝置，實現(xiàn)了以甲烷為原料的甲醇和藥物中間體合成。該工作為甲烷的高附加值轉(zhuǎn)化和可燃冰的開采利用提供了全新的視角。
該工作得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金重點項目、國家杰出青年科學(xué)基金、國家優(yōu)秀青年科學(xué)基金、中國科學(xué)院B類先導(dǎo)科技專項等項目的資助。
論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-36977-0
（化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院、合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家研究中心、國家同步輻射實驗室、科研部）
