新型光催化策略在常溫下實現(xiàn)氫氣活化
來源：科技日報 時間：2025-09-05 16:53
不需高溫，只需陽光就能讓氫氣高效“裂解”，把二氧化碳變成高附加值化學品。這看似科幻的場景即將變成現(xiàn)實?！犊茖W》5日在線發(fā)表了光催化氫氣“裂解”的重要成果，來自中國科學院大連化學物理研究所等單位的科研人員，提出了一種新型光催化策略，在常溫條件下實現(xiàn)氫氣異裂，為綠色低碳化工提供了全新路徑。
科研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。（大連化物所供圖）
加氫反應是化學工業(yè)中的重要反應，約四分之一的化工生產(chǎn)過程涉及加氫反應。作為加氫反應的核心步驟之一，氫氣活化通常分為均裂與異裂兩種類型。其中，異裂具有反應效率高、選擇性好等優(yōu)勢，能夠顯著提升目標產(chǎn)物的合成速率并減少副反應。然而，傳統(tǒng)氫氣異裂過程需在高溫高壓下進行，不僅能耗高，也伴隨一定的安全風險。常溫條件下實現(xiàn)氫氣高效異裂，一直是科研人員追求的目標。
在這項研究中，研究團隊創(chuàng)新性地提出利用光生電子與空穴共同構建空間相鄰的正負電荷中心，成功突破了這一技術瓶頸。他們以金/二氧化鈦為模型催化劑，在紫外光激發(fā)下，產(chǎn)生束縛態(tài)電子-空穴對，實現(xiàn)了常溫下的氫氣高效異裂。
更令人振奮的是，這種光催化方法在二氧化碳還原反應中展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢。在常溫條件下，氫氣異裂產(chǎn)生的活性氫物種可以將二氧化碳全部轉化為乙烷，再通過后續(xù)裝置轉化為乙烯，轉化率高達99%。而且，催化劑可以穩(wěn)定運行超過1500小時，顯示出極佳的工業(yè)應用前景。
“這項技術以氫氣和二氧化碳為原料，直接制備乙烷、乙烯等高附加值產(chǎn)品，不僅大幅降低了傳統(tǒng)加氫工藝的能耗和碳排放，還能有效減少二氧化碳排放，對推動碳資源優(yōu)化利用具有重要意義?！闭撐耐ㄓ嵶髡摺⒅袊茖W院大連化學物理研究所研究員王峰說，這一技術可以拓展至多種光催化劑體系，甚至可以利用太陽光實現(xiàn)二氧化碳加氫制乙烷，選擇性達到90%。
王峰表示，未來研究團隊將繼續(xù)深入進行反應工藝研究，探索光與光熱耦合的工業(yè)化技術路徑，為現(xiàn)代煤化工的升級轉型提供新模式。（陸成寬）
責任編輯：江蓬新
