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800億噸石油當量。目前可燃冰開采技術中的減壓開采法，在可燃冰減壓過程中會導致可燃冰氣化，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，將甲烷轉化為高附加值的液態(tài)產(chǎn)品，將為可燃冰利用提供技術參考。熊宇杰研究團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/龍冉研究團隊開發(fā)了一種綠色高效的光催化甲烷鹵化技術，在僅利用光照、甲烷和海水的條件下進行鹵代甲烷合成，進而以串聯(lián)反應實現(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，廣泛應用于甲醇、乙酸、丙烯等高附加值化學品和燃料的生產(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條件，不僅需要復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。該研究團隊設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，將甲烷高效地轉化為氯代甲烷，證實了光催化甲烷氯化技術在可燃冰利用方面的可行性。在此基礎上，設計了一種串聯(lián)反應裝置，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、國家自然科學基金重點項目、國家杰出青年科學基金、國家優(yōu)秀青年科學基金、中國科學院B類先導科技專項等項目的資助。

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-36977-0

（化學與材料科學學院、合肥微尺度物質科學國家研究中心、國家同步輻射實驗室、科研部）