I den kemiska industrins hydrogeneringsreaktioner kräver vätskrackning vanligtvis höga temperaturer och tryck, vilket förbrukar mycket energi och ökar säkerhetsriskerna. Att uppnå effektiv vätskrackning under normala temperaturförhållanden har länge varit ett viktigt mål som utforskats av forskare.
Enligt de senaste nyheterna från den kinesiska vetenskapsakademin har målet om effektiv dissociation av vätgas vid rumstemperatur uppnåtts av kinesiska forskare som en världsnyhet, vilket avsevärt kommer att minska energiförbrukningen i traditionella hydreringsprocesser, minska koldioxidutsläppen och hjälpa till med optimerat utnyttjande av kolresurser i den kemiska industrin.
Dessa banbrytande nya framsteg inom området för fotokatalytisk vätgasdelning uppnåddes av ett team ledd av forskaren Wang Feng från Dalian Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences, i samarbete med professor Paolo Fornasiero från University of Trieste, Italien, bland andra. Den relaterade forskningsartikeln publicerades online i den internationellt kända akademiska tidskriften "Science" tidigt den 5 september, Pekingtid.
Forskaren Wang Feng, korrespondensförfattaren till uppsatsen, introducerade att hydreringsreaktioner är en av de viktiga reaktionerna i den kemiska industrin, som involverar minst ett steg av hydrering i ungefär en fjärdedel av kemiska reaktionsprocesser. Ett av kärnstegen i hydreringsreaktioner är väteaktivering, som inkluderar både homolytiska och heterolytiska mekanismer. Bland dem producerar heterolytisk klyvning av väte polära vätearter, som kännetecknas av hög reaktivitet och selektiv hydrering av polära funktionella grupper, vilket ökar genereringshastigheten för många viktiga kemiska produkter och minskar sidoreaktioner.
I den här studien bröt forskarteamet igenom den tidigare utvecklade fotokatalytiska omvandlingsmetoden som inducerar halva-reaktioner av fotoexciterade elektroner och hål "oberoende", och föreslog att man skulle använda fotoexciterade elektroner och hål för att konstruera rumsligt intilliggande positiva och negativa laddningscentra, och därigenom uppnå väteheterolys under omgivande förhållanden.
Forskargruppen använde guld/titandioxid som modellkatalysator. Genom att excitera titandioxid med ultraviolett ljus kan de genererade elektronerna överföras till guldnanopartiklarna och fastna. Samtidigt finns det defekta tillstånd som består av guld-syre-titan vid gränsytan mellan guldnanopartiklarna och titandioxid, där fotogenererade hål kan fångas. Vid denna punkt är hålen och elektronerna lokaliserade vid guld-syre-titangränssnittet respektive guldnanopartiklarna, och bildar rumsligt intilliggande bundna elektron-hålpar. Därför, när den bundna elektron-hålsparmekanismen dominerar vätefotodissociation, ökar aktiviteten av guld/titandioxid vid katalysering av vätefotodissociation linjärt med starkare ljusintensitet.
Därefter verifierade forskargruppen ytterligare fördelarna med denna ljus-inducerade hydrering genom en inert koldioxidreduktionsreaktion, och upptäckte att de genererade vätetyperna helt kan omvandla inert koldioxid vid rumstemperatur, där den enda produkten är etan. Sedan, genom en anordning som omvandlar etan till eten, kan koldioxid reduceras kvantitativt till eten, och katalysatorn kan arbeta stabilt i över 1500 timmar utan deaktivering.
Forskargruppen påpekade att den senaste utvecklingen inom den fotokatalytiska metoden för vätespaltning kan utvidgas till guld/kvävedopade oxider, guld/ceriumoxid och guld/vismutvanadatfotokatalysatorer, och den kan också använda solljus för att uppnå hydreringen av koldioxid till etan, med en selektivitet på 90 %.
Wang Feng sa att genom effektiv icke-termisk krackning av väte vid rumstemperatur, med användning av väte och koldioxid som råmaterial för att producera hög-förädlingsvärde-produkter som etan och eten, kommer betydande minskningar i energiförbrukning och utsläpp att uppnås, vilket hjälper till att optimera utnyttjandet av den kemiska industrin.
Han avslöjade att forskargruppen i framtiden kommer att genomföra djupgående-studier av reaktionsprocesser, i hopp om att utveckla en industriell teknikväg som kopplar ljus och fototermisk energi baserat på detta, vilket ger en ny modell för uppgradering och omvandling av moderna kolkemiska industrier.
Källa: China News Service