manbet手机版21世纪的碳氢化合物-洛克碳氢化合物研究所的工作

manbet手机版乔治·a·奥拉著
manbet手机版1994年诺贝尔化学奖得主

manbet手机版从石油、天然气或煤中提取的碳氢化合物在许多方面对现代生活及其质量至关重要。manbet手机版世界上大部分的碳氢化合物被用于燃料、发电和供暖。manbet手机版化学、石化、塑料和橡胶工业也依赖碳氢化合物作为其产品的原材料。manbet手机版事实上，大多数工业上重要的合成化学品都是从石油中提炼出来的。manbet手机版现在世界石油的总消耗量超过了每天1000万吨。manbet手机版不断增长的世界人口(大约60亿将在几十年内增加到100亿)与能源消耗和有限的不可再生化石燃料资源，将日益枯竭，显然是在碰撞的过程中。manbet手机版如果我们要维持工业化世界已经习惯的生活水平和发展中世界正在努力实现的生活水平，21世纪就需要新的解决办法。

manbet手机版认识到烃化学领域基础研究和研究生教育的长期计划的必要性，南加州大学建立了“Loker烃研究所”。^{manbet手机版1}manbet手机版在1977年。manbet手机版来自唐纳德和凯瑟琳·洛克以及其他朋友和支持者的慷慨捐款帮助建立了一个杰出的设施和计划。

manbet手机版碳氢化合物化学

manbet手机版碳氢化合物是石油和天然气的主要化合物，必须经过化学变化才能制成有用的产品和材料。manbet手机版这是由化学和石油化工工业进行的过程，如异构化、烷基化、同源化等。manbet手机版这些过程通常由酸催化，并涉及称为碳正离子的缺乏电子的中间产物。manbet手机版洛克尔研究所开创了研究这种过程及其机制的新方法。manbet手机版研究还旨在更有效地利用化石燃料资源，包括将二氧化碳(温室气体)循环利用为有用的材料。manbet手机版研究还旨在开发新的合成方法，用于化学键的形成和键断过程。manbet手机版由简单碳氢化合物前驱体衍生的高分子材料是具有特殊电学、光学和磁性能的新材料的基础。manbet手机版这些材料应用于信息技术、光化学能量转换和生物医学设备。

manbet手机版碳和它们的化学

manbet手机版在研究碳氢化合物及其转化过程中，已经开发了各种各样的被称为超强酸的高酸性体系。manbet手机版当价较高的路易斯酸类氟化物如SbF_{manbet手机版5}manbet手机版和战术空军_{manbet手机版5}manbet手机版与Brönsted酸结合，如HF或FSO_{manbet手机版3.}manbet手机版H，得到了比硫酸强数十亿倍的酸。manbet手机版在这种超酸性介质中，碳正离子的寿命足够长，可以通过各种化学和物理方法进行检查，包括核磁共振光谱分析。

manbet手机版酸催化碳氢化合物的转化，如裂解、异构化、烷基化、低聚和缩聚等是非常重要的。manbet手机版这种碳氢化合物转化的基本化学包括碳正离子及其反应。manbet手机版新型的环境友好酸系统，包括固体酸，被开发出来以克服与氢氟酸或硫酸等有毒酸有关的困难。manbet手机版对饱和碳氢化合物进行异构化和烷基化以提供高辛烷值汽油在石油工业中具有特别重要的意义。manbet手机版Loker研究所开发了一种环境友好和实用的烷基化工艺，用于生产高辛烷值汽油，使用了一种改进的氟化氢催化剂体系，大大降低了挥发性和毒性。

manbet手机版Olah博士正在制备t-丁基阳离子。 manbet手机版照片由Herwig Buchholz博士拍摄

manbet手机版此外，超酸性催化剂的使用为煤、页岩油、油砂和其他重质石油来源和残渣的加氢处理提供了新方法，并产生液态碳氢化合物。manbet手机版还开发了新的、对环境无害的汽油和柴油燃料添加剂，从而产生了更高辛烷值的汽油和更高辛烷值的柴油燃料。manbet手机版这些添加剂还导致了更清洁的燃料燃烧，并开辟了排除目前使用的其他有毒添加剂的途径。

manbet手机版甲烷或二氧化碳转化为碳氢化合物

manbet手机版甲烷(即天然气)直接转化为高级碳氢化合物及其衍生产品提供了一种可行的替代费托化学(利用合成气，即CO和H)_{manbet手机版2}manbet手机版)。manbet手机版直到最近，甲烷作为化学构件的利用仅限于自由基反应(燃烧、硝化、氯化等)。manbet手机版还发现了各种化学计量有机金属插入反应，但它们的使用迄今还不实际。manbet手机版研究所研制的超强酸催化剂可使甲烷氧化缩合成高级碳氢化合物，并可使甲烷选择性亲电转化为其单取代衍生物，如卤化甲酯和甲醇。manbet手机版单取代甲烷可以在沸石或双功能酸碱性催化剂上进一步缩合成乙烯、丙烯和衍生烃，从而获得我们日常生活所必需的各种碳氢化合物。

manbet手机版甲烷转化化学的机理方面，特别是五配位CH的作用_{manbet手机版5}^{manbet手机版+}manbet手机版型碳正离子中间体，也进行了研究。manbet手机版凯库勒早在19世纪60年代就得出结论，即碳不能与四个以上的原子团结合，即不能超过四价性，但这一结论被该研究所的发现所推翻。manbet手机版奥拉博士在这一领域的大量工作使他认识到，在缺电(碳阳离子)系统中，碳可以同时与五个、六个甚至七个原子或基团配位，并为现在公认的高碳化学奠定了基础。

manbet手机版碳氢化合物燃烧时会形成二氧化碳和水。manbet手机版因此，它们在人类的时间尺度上是不可再生的。manbet手机版化石燃料的过度燃烧导致大气中二氧化碳含量增加，这与全球变暖和气候变化有关。manbet手机版除了试图通过减少化石燃料燃烧来降低二氧化碳水平(这是1997年《京都议定书》的基础)，我们还需要新的解决方案。manbet手机版研究所采用了一种创新的新方法，旨在通过甲醇从二氧化碳和水中生产碳氢化合物来扭转这一过程。manbet手机版一些利用氢气(通过电解裂解水获得)转化二氧化碳的基本化学过程是已知的。manbet手机版研究所所追求的金属或超强酸催化还原法在实现CO的可行性方面取得了重大进展_{manbet手机版2}manbet手机版转化为甲醇。manbet手机版然而，产生氢气所需的电力成本很高，仍然是实际应用的关键。manbet手机版由于我们仍然不能有效地储存电力，发电厂在非高峰时期可以生产氢气作为储存电力的一种手段。manbet手机版氢可以用来回收CO_{manbet手机版2}manbet手机版(从烟囱排放或其他集中来源，最终甚至是大气)转化为甲醇和衍生燃料。manbet手机版目前正在开发的二氧化碳回收技术不仅使我们能够生产有用的燃料和碳氢化合物产品，同时还可以有助于减少CO的排放_{manbet手机版2}manbet手机版与全球变暖有关。

manbet手机版G. K. Surya Prakash博士绘制的图表

manbet手机版甲醇和衍生燃料也可用于由Loker研究所和加州理工学院喷气推进实验室联合开发的新型直接氧化液体燃料电池中发电。manbet手机版当燃料电池处于“反向模式”时，二氧化碳和水可以被电催化还原为甲醇。manbet手机版虽然将二氧化碳回收为碳氢化合物是一个高耗能过程，但某些应用，如太阳能相关应用，可能不太关心这种高耗能输入要求。

manbet手机版即使从替代能源产生能源的技术得到了进一步的发展(如原子、太阳能、风能等)，也需要集中研究工作来找到未来碳氢化合物需求的长期解决方案。manbet手机版这项努力必须包括开发可替代的碳氢化合物来源，寻找开发可再生燃料的新化学物质，以及发展更有效和环境可接受的方法来利用和回收我们现有的资源。

manbet手机版只有当人类能够通过更安全的原子能(甚至核聚变)和其他替代能源生产廉价能源时，碳氢化合物短缺的最终解决方案才会出现。manbet手机版有了丰富的廉价能源，碳氢化合物将从大气和水中的二氧化碳中产生。manbet手机版然而，与此同时，必须在我们现有技术基础的框架内找到可行的解决办法。

manbet手机版笔记

manbet手机版1.manbet手机版洛克碳氢化合物研究所

manbet手机版洛克尔研究所位于加州洛杉矶南加利福尼亚大学校园的中心，占地43,000平方英尺，拥有设备齐全的最先进的实验室和有吸引力的工作环境。manbet手机版乔治和朱迪·奥拉图书馆和建筑顶部的华丽阅览室极大地促进了研究和教育工作。万搏manbext官网manbet手机版研究所的厂房和设备的投资超过2500万美元。manbet手机版这些资产是通过私人捐款提供的。manbet手机版任何时候都有大约60名研究人员在该研究所工作。manbet手机版他们的工作得到了人数不多但敬业的行政和技术人员的有力支持。manbet手机版研究所工作的财政支持来自大学拨给的年度预算和薪金、研究补助金和合同、捐赠基金、礼品和捐赠的收入以及研究所科学家的专利收入。

manbet手机版有四个与该研究所有关的教授职位。manbet手机版研究所每年的业务费用总额约为500万美元。manbet手机版为了确保学院的长期稳定，我们的朋友和支持者设立了捐赠基金，并不断增加。manbet手机版这些捐赠的收入补充了业务基金，使研究所能够进行探索性的开拓性研究。manbet手机版它还为国内外杰出学者的访问和演讲提供了可能，并支持研究所主办的科学研讨会。manbet手机版由凯瑟琳·洛克尔夫人担任主席的顾问委员会负责监督研究所的工作。

manbet手机版奥拉博士接受1994年诺贝尔化学奖 manbet手机版版权所有©Pressens Bild AB manbet手机版图片来源:Jan Collsiöö

manbet手机版科学及教育目标万搏manbext官网
manbet手机版洛克尔研究所的目标是在广泛的碳氢化合物研究领域进一步开展基础研究和高级培训。manbet手机版自成立以来，其工作一直由诺贝尔奖得主乔治·奥拉教授指导。

manbet手机版迄今为止，该研究所的科学工作已在主要技术期刊上发表了1000多篇论文，并出版了十几本涉及碳氢化合物基础研究的专著和书籍。manbet手机版根据该研究所的发现，已经颁发了数十项专利，其中一些导致了工业过程manbet手机版(见下页)。

manbet手机版对碳氢化合物化学领域研究的日益增长的需求也意味着对在这一科学领域受过训练的化学家的需求也在增加。manbet手机版洛克尔研究所使命的一个重要组成部分是通过创造和维持一个教育环境来培养未来几代科学家，该环境可以促进碳氢化合物高级化学的创新和实际研究，同时帮助个人实现他们的科学和学术潜力。万搏manbext官网manbet手机版自成立以来，研究所已培养了300多名博士和博士后，他们来自世界各地。manbet手机版该学院的毕业生在产业界和学术界都表现出色。manbet手机版他们的成功证明了研究所的努力。

manbet手机版1999年9月6日首次出版