日本科學家打破了反應的中間環節——催化化學的綠色未來

【概要】研究人員為植物廢料中的化學品提煉催化劑，從而以綠色方式生產出有價值的原材料。

【圖注】這是CeO2負載的釕納米粒子催化劑的TEM圖像。黃色圓圈顯示Ru納米顆粒。

應對氣候變化的斗爭急需工業的武器。目前，我們依賴化石燃料，這是溫室氣體二氧化碳的主要來源，但其不僅是能源，其也可以制造化學品。為了讓我們的經濟擺脫這種依賴，我們必須找到新的“綠色”原材料來源，這樣工廠和實驗室才能在不生產和排放二氧化碳的前提下持續運行。

目前Osaka大學的一個研究小組已經了如何利用清潔的來源創造有價值的化學品。他們使用生物質材料，即基本上是植物材料的廢物。生物質富含有機分子-長鏈碳原子與氧相連。現有的方法可以打破這些分子中的碳-氧鍵，從而產生例如塑料之類的原料。但是，為了縮短分子鏈而打破碳-碳鍵是很困難的，需要極高的溫度，并經常會產生不需要的產品。

Osaka大學的開發方法是根據一種新型催化劑。催化劑是一種促進反應進行，同時卻不會被消耗的物質。它們通常是以金屬為基礎的，新型催化劑也不例外-它由原子較小的釕（一種與鐵有關的金屬）組成，將其負載在一種叫做氧化鈰的材料上。

研究人員在合成催化劑之后，對生物質材料進行了乙酰丙酸（LA）的測試。洛杉磯在150攝氏度的溫度下發生了C-C鍵斷裂，這個溫度對于人體來說是極高的，但是按照工業標準上來說是相對溫和的。反應產物2-丁醇，是制造溶劑的重要化學物質。此項研究的第一作者Tomoo Mizugaki解釋說：“這是首次以這種綠色方式使用LA來制造2-丁醇。傳統工業上，它是由來自高度污染煉油廠的丁烯所制成。”

受到此項研究的鼓舞，該團隊測試了其他生物質化學品的催化劑，并獲得了一系列有價值的產品。至關重要的是，反應總是打破碳-碳鍵，這使得他們能夠生產出例如尼龍制造中的重要化學品環己醇。

研究者們對X射線和顯微鏡的觀察研究證實了，釕、氧化鈰和水的組合對于反應的發生是極為重要的。因此，此種新型催化劑填補了化學家反應工具箱中的大片空白。

“我們希望這種方法可以幫助各個行業能夠從非化石途徑獲得原材料，”通訊作者Kiyotomi Kaneda說道，“我們需要思維上的徹底改變，因而生物衍生化學品被認為是制造業的主要選擇。”

原文鏈接：Breaking the chain: Catalyzing a green future for chemistry
本文由材料人編輯部李妹編輯，點我加入材料人編輯部。
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