北京9月5日電 (記者 孫自法)在化學工業(yè)的加氫反應中，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險。長期以來，如何在常溫條件下實現氫氣高效異裂一直是科學家們探索的重要目標。

　　來自中國科學院的最新消息說，常溫氫氣高效異裂這一目標已被中國科學家領銜在國際上率先實現，應用于化工領域將能大幅降低傳統(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化為乙烷或乙烯實驗結果。中國科學院大連化學物理研究所 供圖

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

　　論文通訊作者王峰研究員介紹說，加氫反應是化學工業(yè)中的重要反應之一，大約四分之一的化工反應過程都涉及到至少一步加氫反應。加氫反應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，氫氣異裂產生極性的氫物種，具有反應活性高、對極性官能團選擇性加氫的特點，使得許多重要化工產品的生成速率提高并減少副反應。

　　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)半反應的光催化轉化方式，提出利用光生電子和空穴構建空間鄰近正負電荷中心，以此實現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，當束縛態(tài)電子-空穴對機制主導氫氣異裂時，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驗證了這種光誘導氫氣異裂的優(yōu)勢，發(fā)現產生的氫物種可以在常溫下把惰性的二氧化碳全部轉化，產物只有乙烷，再通過串聯乙烷轉化為乙烯的裝置，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裝置前討論二氧化碳轉化為乙烷或乙烯實驗反應流程。中國科學院大連化學物理研究所 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、乙烯等高附加值產品，將實現大幅降耗減排，從而助力化工領域碳資源優(yōu)化利用。

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

【編輯:陳海峰】