En les reaccions d'hidrogenació de la indústria química, el craqueig de l'hidrogen sol requerir altes temperatures i pressions, consumint molta energia i augmentant els riscos de seguretat. Durant molt de temps, aconseguir un craqueig eficient de l'hidrogen en condicions de temperatura normals ha estat un objectiu important explorat pels científics.
Segons les últimes notícies de l'Acadèmia de Ciències de la Xina, els científics xinesos han assolit l'objectiu de la dissociació eficient del gas d'hidrogen a temperatura ambient com a novetat mundial, cosa que reduirà significativament el consum d'energia en els processos tradicionals d'hidrogenació, disminuirà les emissions de diòxid de carboni i ajudarà a optimitzar la utilització dels recursos de carboni a la indústria química.
Aquest nou progrés innovador en el camp de la divisió fotocatalítica de l'hidrogen va ser aconseguit per un equip dirigit per l'investigador Wang Feng de l'Institut de Física Química de Dalian, Acadèmia Xinesa de Ciències, en col·laboració amb el professor Paolo Fornasiero de la Universitat de Trieste, Itàlia, entre d'altres. El document de recerca relacionat es va publicar en línia a la revista acadèmica de renom internacional 'Science' a la matinada del 5 de setembre, hora de Pequín.
L'investigador Wang Feng, l'autor de la correspondència de l'article, va introduir que les reaccions d'hidrogenació són una de les reaccions importants de la indústria química, que implica almenys un pas d'hidrogenació en aproximadament una quarta part dels processos de reaccions químiques. Un dels passos bàsics de les reaccions d'hidrogenació és l'activació de l'hidrogen, que inclou mecanismes tant homolítics com heterolítics. Entre ells, la divisió heterolítica de l'hidrogen produeix espècies d'hidrogen polar, que es caracteritzen per una alta reactivitat i una hidrogenació selectiva de grups funcionals polars, augmentant així la taxa de generació de molts productes químics importants i reduint les reaccions secundaries.
En aquest estudi, l'equip d'investigació va trencar el mètode de conversió fotocatalítica desenvolupat anteriorment que indueix la meitat-reaccions d'electrons i forats fotoexcitats "de manera independent", proposant utilitzar electrons i forats fotoexcitats per construir centres de càrrega positiva i negativa adjacents espacialment, aconseguint així l'heteròlisi de l'hidrogen en condicions ambientals.
L'equip d'investigació va utilitzar diòxid d'or / titani com a catalitzador model. En excitar el diòxid de titani amb llum ultraviolada, els electrons generats es poden transferir a les nanopartícules d'or i quedar atrapats. Mentrestant, hi ha estats de defectes compostos d'or-oxigen-titani a la interfície entre les nanopartícules d'or i el diòxid de titani, on es poden atrapar forats fotogenerats. En aquest punt, els forats i els electrons es troben a la interfície de titani-oxigen-d'or i les nanopartícules d'or, respectivament, formant parells de forats-d'electrons lligats espacialment adjacents. Per tant, quan el mecanisme del parell d'electrons-lligats domina la fotodissociació d'hidrogen, l'activitat del diòxid d'or/titani en la catalització de la fotodissociació d'hidrogen augmenta linealment amb una intensitat de llum més forta.
Posteriorment, l'equip d'investigació va verificar encara més els avantatges d'aquesta hidrogenació induïda per la llum-a través d'una reacció de reducció de diòxid de carboni inert, i va descobrir que les espècies d'hidrogen generades poden convertir completament el diòxid de carboni inert a temperatura ambient, amb l'únic producte que és l'etan. Aleshores, mitjançant un dispositiu que converteix l'etan en etilè, el diòxid de carboni es pot reduir quantitativament a etilè i el catalitzador pot funcionar de manera estable durant més de 1500 hores sense desactivar-se.
L'equip d'investigació va assenyalar que l'últim desenvolupament del mètode fotocatalític per a la divisió d'hidrogen es pot estendre a òxids dopats d'or/nitrogen, òxid d'or/ceri i fotocatalitzadors de vanadat d'or/bismut, i també pot utilitzar la llum solar per aconseguir la hidrogenació del diòxid de carboni en etan, amb una selectivitat del 90%.
Wang Feng va afirmar que mitjançant un craqueig eficient d'hidrogen no-tèrmic a temperatura ambient, utilitzant hidrogen i diòxid de carboni com a matèries primeres per produir productes d'alt -valor-afegit com l'etan i l'etilè, s'aconseguiran reduccions significatives en el consum d'energia i les emissions, ajudant així a la utilització optimitzada dels recursos de carboni a la indústria química.
Va revelar que en el futur, l'equip d'investigació realitzarà-estudis profunds sobre els processos de reacció, amb l'esperança de desenvolupar una ruta tecnològica industrial que combina l'energia lluminosa i fototèrmica a partir d'això, proporcionant un nou model per a l'actualització i transformació de les indústries químiques modernes del carbó.
Font: Xina News Service