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　　北京9月5日電 (記者 孫自法)在化學(xué)工業(yè)的加氫反應(yīng)中，氫氣異裂通常需要較高的溫度和壓力，消耗大量能源并增加安全風(fēng)險。長期以來，如何在常溫條件下實現(xiàn)氫氣高效異裂一直是科學(xué)家們探索的重要目標(biāo)。

　　來自中國科學(xué)院的最新消息說，常溫氫氣高效異裂這一目標(biāo)已被中國科學(xué)家領(lǐng)銜在國際上率先實現(xiàn)，應(yīng)用于化工領(lǐng)域?qū)⒛艽蠓档蛡鹘y(tǒng)加氫過程的能耗，減少二氧化碳排放，助力碳資源優(yōu)化利用。

研究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。中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所 供圖

　　這項光催化氫氣異裂領(lǐng)域取得的突破性新進展，由中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所王峰研究員團隊聯(lián)合意大利的里雅斯特大學(xué)保羅·福納西羅(Paolo Fornasiero)教授等合作者完成，北京時間9月5日凌晨，相關(guān)成果論文在國際知名學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》(Science)上線發(fā)表。

　　論文通訊作者王峰研究員介紹說，加氫反應(yīng)是化學(xué)工業(yè)中的重要反應(yīng)之一，大約四分之一的化工反應(yīng)過程都涉及到至少一步加氫反應(yīng)。加氫反應(yīng)的核心步驟之一是氫氣活化，包括均裂和異裂兩種機制。其中，氫氣異裂產(chǎn)生極性的氫物種，具有反應(yīng)活性高、對極性官能團選擇性加氫的特點，使得許多重要化工產(chǎn)品的生成速率提高并減少副反應(yīng)。

　　在本項研究中，科研團隊突破了此前發(fā)展的光生電子和空穴“單獨”引發(fā)半反應(yīng)的光催化轉(zhuǎn)化方式，提出利用光生電子和空穴構(gòu)建空間鄰近正負電荷中心，以此實現(xiàn)常溫條件下氫氣異裂。

　　科研團隊以金/二氧化鈦為模型催化劑，通過紫外光激發(fā)二氧化鈦能夠使產(chǎn)生的電子遷移到金納米顆粒上而被束縛。同時，金納米顆粒和二氧化鈦的界面存在金-氧-鈦組成的缺陷態(tài)，光生空穴會在界面處被捕獲。此時，空穴和電子分別在界面金-氧-鈦和金納米顆粒上，從而形成空間鄰近的束縛態(tài)電子-空穴對。因此，當(dāng)束縛態(tài)電子-空穴對機制主導(dǎo)氫氣異裂時，金/二氧化鈦催化氫氣異裂的活性隨著光強增強而線性增加。

　　隨后，科研團隊進一步用惰性的二氧化碳還原反應(yīng)驗證了這種光誘導(dǎo)氫氣異裂的優(yōu)勢，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生的氫物種可以在常溫下把惰性的二氧化碳全部轉(zhuǎn)化，產(chǎn)物只有乙烷，再通過串聯(lián)乙烷轉(zhuǎn)化為乙烯的裝置，可以把二氧化碳定量還原為乙烯，催化劑可以穩(wěn)定運行超過1500小時不失活。

研究人員在光催化固定床反應(yīng)裝置前討論二氧化碳轉(zhuǎn)化為乙烷或乙烯實驗反應(yīng)流程。中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所 供圖

　　科研團隊指出，最新研發(fā)的光催化氫氣異裂的方式，可以拓展至金/氮摻雜氧化態(tài)、金/氧化鈰和金/釩酸鉍等光催化劑，還可以利用太陽光實現(xiàn)二氧化碳加氫制乙烷，選擇性達90%。

　　王峰表示，通過常溫條件下氫氣高效異裂，以氫氣和二氧化碳為原料，制備乙烷、乙烯等高附加值產(chǎn)品，將實現(xiàn)大幅降耗減排，從而助力化工領(lǐng)域碳資源優(yōu)化利用。

　　他透露，未來，科研團隊還將深入進行反應(yīng)工藝研究，希望以此為基礎(chǔ)，發(fā)展出光與光熱耦合的工業(yè)化技術(shù)路徑，為現(xiàn)代煤化工的升級轉(zhuǎn)型提供新模式。(完)

【編輯:陳海峰】