新型光催化策略实现常温下氢气异裂

中化新网讯 9月5日，《科学》在线发表了光催化氢气“裂解”的重要成果——来自中国科学院大连化学物理研究所等单位的科研人员，提出了一种新型光催化策略，可在常温条件下实现氢气异裂，为绿色低碳化工提供全新路径。

约四分之一的化工生产过程涉及加氢反应。作为加氢反应的核心步骤之一，氢气活化通常分为均裂与异裂两种类型。其中，异裂具有反应效率高、选择性好等优势，能显著提升目标产物的合成速率并减少副反应。然而，传统氢气异裂过程需在高温高压下进行，不仅能耗高，也伴随一定的安全风险。常温条件下实现氢气高效异裂，一直是科研人员追求的目标。

在这项研究中，研究团队创新性提出利用光生电子与空穴共同构建空间相邻的正负电荷中心，成功突破了这一技术瓶颈。他们以金/二氧化钛为模型催化剂，在紫外光激发下，产生束缚态电子—空穴对，实现了常温下的氢气高效异裂。

同时，这种光催化方法在二氧化碳还原反应中展现出显著优势。在常温条件下，氢气异裂产生的活性氢物种可以将二氧化碳全部转化为乙烷，再通过后续装置转化为乙烯，转化率高达99%。而且，催化剂可以稳定运行超过1500小时，显示出极佳的工业应用前景。

“这项技术以氢气和二氧化碳为原料，直接制备乙烷、乙烯等高附加值产品，不仅大幅降低了传统加氢工艺的能耗和碳排放，还能有效减少二氧化碳排放，对推动碳资源优化利用具有重要意义。”论文通讯作者、中国科学院大连化学物理研究所研究员王峰说，这一技术可以拓展至多种光催化剂体系，甚至可以利用太阳光实现二氧化碳加氢制乙烷，选择性达到90%。