廈大化學化工學院謝素原院士、袁友珠教授團隊發現“納米王子”——富勒烯的新功能,從而打通乙二醇常壓合成的“卡點”。
這一歷時七年的研究成果,發表在4月15日出版的美國的《科學》雜志。《科學》是全球最權威的學術刊物之一。
以C60為代表的富勒烯(Fullerene)是一種完全由碳組成的中空分子。此次,廈大科學家發現了C60的另一角色——作為與過渡金屬催化相結合的“電子緩沖劑”。這一成果首次將C60作為電子緩沖劑改性銅基催化劑,打通了從合成氣制備乙二醇的常壓加氫催化技術難關,完成了在近常壓和低于200℃的條件下草酸二甲酯加氫制備乙二醇的規模化試驗。用大白話說,廈大科學家的研究成果意義在于:利用富勒烯打通乙二醇常壓合成的“卡點”。
研究有多牛?攻克乙二醇常壓合成的技術難關
廈大科學家解釋說,這一研究成果有兩個關鍵點,一是,首次將富勒烯作為電子緩沖劑與過渡金屬催化劑結合。謝素原院士介紹說,富勒烯作為電子受體(抑或電子供體)與過渡金屬催化劑結合并非全新課題,但是,“該技術核心在于將C60與銅催化劑結合,實現了草酸二甲酯加氫制備乙二醇從高壓到常壓的顛覆性催化性能提升,給碳團簇催化注入了新的生機。”
第二個關鍵點在于,在C60的緩沖下,草酸二甲酯加氫制備乙二醇將更加綠色、安全——該項研究成果可以實現常壓合成,袁友珠教授介紹說,這就有別于目前廣泛使用的需要較高氫氣壓力的催化技術。可以常壓合成,也就意味著,可以大大減少氫氣泄漏、爆炸等安全隱患。除此之外,常壓合成也能克服副反應較多且催化劑易失活等問題。
意義有多大?減少生產聚酯纖維、塑料等化工產品對石油的依賴
這項成果的應用價值,要從乙二醇說起。
乙二醇是一類重要的化工原料,與對二甲苯(PX)衍生的對苯二甲酸(PTA)聚合可生產出日常生活中廣泛應用的聚酯(PET)纖維和塑料,全球年產量達四千萬噸,此外,乙二醇還可以用于汽車防凍液和工業溶劑等,與社會民生息息相關。
現有這些產品主要從石油經環氧乙烷線路合成得到,但是,因我國石油高度依賴進口,因此,如果要從民生角度來了解科研成果,廈大科學家科研成果的意義在于:發展非石油路線合成氣制備乙二醇技術。在我國石油高度依賴進口背景下,這種發展非石油路線的合成氣制備乙二醇技術具有重要戰略意義。
《科學》還在同一期推介該成果,并指出這一研究成果將在學術界和產業圈產生重要影響,并將走向成熟。
廈大還介紹說,該項成果歷經3代研究生的共同努力,得益于6個課題組的精誠合作,包括中科院福建物質結構研究所和廈門福納新材料科技有限公司等單位有關專家的大力協助。
“納米王子”富勒烯
以C60為代表的富勒烯(Fullerene)是一種完全由碳組成的中空分子。富勒烯在結構上與石墨很相似,石墨是由六元環組成的石墨烯層堆積而成,而富勒烯不僅含有六元環還有五元環,偶爾還有七元環。
●它能讓人變美:在化妝品制備中作為抗氧化因子。
●它能應用于綠色能源:在太陽能電池中充當關鍵材料。
此外它在生物醫藥、催化劑等領域都具有重要的應用潛力。
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