新型光催化策略可在常溫下實現(xiàn)氫氣活化
不需高溫，只需陽光就能讓氫氣高效“裂解”，把二氧化碳變成高附加值化學品。這看似科幻的場景即將變成現(xiàn)實。《科學》5日在線發(fā)表了光催化氫氣“裂解”的重要成果，來自中國科學院大連化學物理研究所等單位的科研人員，提出了一種新型光催化策略，在常溫條件下實現(xiàn)氫氣異裂，為綠色低碳化工提供了全新路徑。 oBu b]<.J
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加氫反應是化學工業(yè)中的重要反應，約四分之一的化工生產(chǎn)過程涉及加氫反應。作為加氫反應的核心步驟之一，氫氣活化通常分為均裂與異裂兩種類型。其中，異裂具有反應效率高、選擇性好等優(yōu)勢，能夠顯著提升目標產(chǎn)物的合成速率并減少副反應。然而，傳統(tǒng)氫氣異裂過程需在高溫高壓下進行，不僅能耗高，也伴隨一定的安全風險。常溫條件下實現(xiàn)氫氣高效異裂，一直是科研人員追求的目標。 7>r[.g
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科研人員在氣相色譜前檢測分析二氧化碳轉(zhuǎn)化為乙烷或乙烯實驗結(jié)果。 9:xs)t- _
在這項研究中，研究團隊創(chuàng)新性地提出利用光生電子與空穴共同構(gòu)建空間相鄰的正負電荷中心，成功突破了這一技術瓶頸。他們以金/二氧化鈦為模型催化劑，在紫外光激發(fā)下，產(chǎn)生束縛態(tài)電子-空穴對，實現(xiàn)了常溫下的氫氣高效異裂。 %o\+R0K
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更令人振奮的是，這種光催化方法在二氧化碳還原反應中展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢。在常溫條件下，氫氣異裂產(chǎn)生的活性氫物種可以將二氧化碳全部轉(zhuǎn)化為乙烷，再通過后續(xù)裝置轉(zhuǎn)化為乙烯，轉(zhuǎn)化率高達99%。而且，催化劑可以穩(wěn)定運行超過1500小時，顯示出極佳的工業(yè)應用前景。 m0.g}N-w
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“這項技術以氫氣和二氧化碳為原料，直接制備乙烷、乙烯等高附加值產(chǎn)品，不僅大幅降低了傳統(tǒng)加氫工藝的能耗和碳排放，還能有效減少二氧化碳排放，對推動碳資源優(yōu)化利用具有重要意義。”論文通訊作者、中國科學院大連化學物理研究所研究員王峰說，這一技術可以拓展至多種光催化劑體系，甚至可以利用太陽光實現(xiàn)二氧化碳加氫制乙烷，選擇性達到90%。 $A,YQH+
王峰表示，未來研究團隊將繼續(xù)深入進行反應工藝研究，探索光與光熱耦合的工業(yè)化技術路徑，為現(xiàn)代煤化工的升級轉(zhuǎn)型提供新模式。
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