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可見光工藝將甲烷轉乙烷和氫氣只需一步

    日本九州市立大學天野史章準教授領導的研究小組開發出一種新工藝,在溫室環境下利用低能量可見光,只需一個步驟即可完成從甲烷(CH4)轉換為乙烷(C2H6)和氫氣(H2)的光電化學反應過程。

    傳統的甲烷變換反應需通過多個工序且消耗大量能源,研究人員一直期待開發出將甲烷直接變換為有用化學品的化學流程。通常要在高溫條件下,缺乏化學反應的甲烷分子穩定的C-H鍵才能在熱催化劑上活化。雖然光催化劑可在室溫環境下將甲烷活化為甲基自由基,但需要紫外線等高能光源,同時還存在吸收的光子用于反應的效率(量子效率)非常低的問題。

    在最新研究中,該團隊獨立開發了用于激活氣相分子的光電化學反應過程,利用可見光在低溫下將甲烷轉換成乙烷和氫。在使用氧化鎢(WO3)電極時,在藍色可見光照射下進行甲烷的均質偶聯反應,發現在所有產物中以50%以上的選擇率生成乙烷。通過施加電場,光激發電子和空穴的再結合被抑制,與傳統的光催化反應方法相比,量子效率大幅度提高。這是首次實現室溫下使用可見光能源制造氫氣。

    這種新工藝有望利用豐富的天然資源甲烷制造氫氣和化工產品原料,創造新的燃氣化學產業。

    研究成果已于近期發表在《美國化學會能源快報》網絡版。

 

作者:陳超
來源:科技日報
時間:2019-02-03
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