Изследовател от Института по химическа физика на Далиан провежда експеримент на 15 юли. China Daily Daily
Екип от китайски и италиански учени е разработил новаторски метод за разделяне на водород при стайна температура, като потенциално повишава ефективността и качеството на производството на ключови химически продукти. Проучването, публикувано в списанието Science в петък, се занимава с дългогодишно предизвикателство в хетеролитичната химия на дисоциацията на водорода.
Хидрогенирането, фундаментална реакция в химическата индустрия, включва водородна дисоциация, която може да възникне по хомолитични или хетеролитични пътища. Изчислено е, че 25 процента от всички химични процеси включват поне един етап на хидрогениране.
Хетеролитичната дисоциация е от решаващо значение за производството на фини химикали, тъй като генерира реактивни, полярни водородни видове, които селективно намаляват полярните функционални групи. Този процес обаче обикновено изисква високи температури и налягане, което води до увеличаване на потреблението на енергия и безопасността.
За да преодолеят тези предизвикателства, изследователите разработиха светлинна стратегия за постигане на хетеролитична дисоциация на водорода при стайна температура. Използвайки титанов диоксид, поддържан със златни наночастици като фотокатализатор, те откриха, че излагането на ултравиолетова светлина кара електроните да мигрират от титанов диоксид към златни наночастици.
Едновременно с това дупките се улавят при междуфазни дефекти, образувани от връзката със злато-кислород-титан, улеснявайки хетеролитичната дисоциация на водород. Активността мащабира почти линейно с интензивността на светлината, потвърждавайки фотокаталитичната природа на процеса.
Предимствата на стратегията бяха демонстрирани чрез намаляване на инертен въглероден диоксид с дисоциирания водород. Учените установяват, че тези видове могат почти да намалят напълно въглеродния диоксид при стайна температура, произвеждайки етан като единствен продукт.
Свързвайки този процес с устройство за дехидрогениране на фотокаталитичен етан, те могат да преобразуват въглероден диоксид в етилен с добив над 99 процента. Този процес остава стабилен за над 1500 часа под ултравиолетова светлина, което показва дългосрочната стабилност на катализатора.
По-нататъшните изследвания показват, че индуцираната от светлина водородна дисоциация е универсална и може да бъде разширена до фотокатализатори, реагиращи на видими светлини.
Демонстрация, използваща слънчева енергия за преобразуване на въглероден диоксид, постигна селективност на етан до 90 процента.
„Тази работа предлага обещаващ път за производство на химикали с висока стойност като етан и етилен от водород и въглероден диоксид при леки условия, което може да намали енергийните разходи и да намали въглеродните емисии“, казва Уанг Фън, първият съответстващ автор на изследването и изследовател в Далианския институт по химическа физика на Китайската академия на науките.
„В бъдеще се надяваме стратегията да може да се развие в мащабируема, задвижвана от слънчева светлина или фототермална свързана техника за модернизиране на съвременните химически индустрии на базата на въглища“, добави Уанг.