日本科学家打破了反应的中间环节——催化化学的绿色未来

【概要】研究人员为植物废料中的化学品提炼催化剂，从而以绿色方式生产出有价值的原材料。

【图注】这是CeO2负载的钌纳米粒子催化剂的TEM图像。黄色圆圈显示Ru纳米颗粒。

应对气候变化的斗争急需工业的武器。目前，我们依赖化石燃料，这是温室气体二氧化碳的主要来源，但其不仅是能源，其也可以制造化学品。为了让我们的经济摆脱这种依赖，我们必须找到新的“绿色”原材料来源，这样工厂和实验室才能在不生产和排放二氧化碳的前提下持续运行。

目前Osaka大学的一个研究小组已经了如何利用清洁的来源创造有价值的化学品。他们使用生物质材料，即基本上是植物材料的废物。生物质富含有机分子-长链碳原子与氧相连。现有的方法可以打破这些分子中的碳-氧键，从而产生例如塑料之类的原料。但是，为了缩短分子链而打破碳-碳键是很困难的，需要极高的温度，并经常会产生不需要的产品。

Osaka大学的开发方法是根据一种新型催化剂。催化剂是一种促进反应进行，同时却不会被消耗的物质。它们通常是以金属为基础的，新型催化剂也不例外-它由原子较小的钌（一种与铁有关的金属）组成，将其负载在一种叫做氧化铈的材料上。

研究人员在合成催化剂之后，对生物质材料进行了乙酰丙酸（LA）的测试。洛杉矶在150摄氏度的温度下发生了C-C键断裂，这个温度对于人体来说是极高的，但是按照工业标准上来说是相对温和的。反应产物2-丁醇，是制造溶剂的重要化学物质。此项研究的第一作者Tomoo Mizugaki解释说：“这是首次以这种绿色方式使用LA来制造2-丁醇。传统工业上，它是由来自高度污染炼油厂的丁烯所制成。”

受到此项研究的鼓舞，该团队测试了其他生物质化学品的催化剂，并获得了一系列有价值的产品。至关重要的是，反应总是打破碳-碳键，这使得他们能够生产出例如尼龙制造中的重要化学品环己醇。

研究者们对X射线和显微镜的观察研究证实了，钌、氧化铈和水的组合对于反应的发生是极为重要的。因此，此种新型催化剂填补了化学家反应工具箱中的大片空白。

“我们希望这种方法可以帮助各个行业能够从非化石途径获得原材料，”通讯作者Kiyotomi Kaneda说道，“我们需要思维上的彻底改变，因而生物衍生化学品被认为是制造业的主要选择。”

原文链接：Breaking the chain: Catalyzing a green future for chemistry
本文由材料人编辑部李妹编辑，点我加入材料人编辑部。
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