Chemijos pramonėje vykstančiose hidrinimo reakcijose vandenilio krekingui paprastai reikia aukštos temperatūros ir slėgio, sunaudojama daug energijos ir didėja pavojus saugai. Ilgą laiką efektyvus vandenilio krekingas normaliomis temperatūros sąlygomis buvo svarbus mokslininkų tikslas.
Remiantis naujausiomis Kinijos mokslų akademijos naujienomis, Kinijos mokslininkai pirmą kartą pasaulyje pasiekė tikslą efektyviai atskirti vandenilio dujas kambario temperatūroje, o tai žymiai sumažins energijos sąnaudas tradiciniuose hidrinimo procesuose, sumažins anglies dvideginio emisiją ir padės optimizuoti anglies išteklių panaudojimą chemijos pramonėje.
Šią novatorišką pažangą fotokatalizinio vandenilio skaidymo srityje pasiekė komanda, vadovaujama mokslininko Wang Feng iš Daliano Cheminės fizikos instituto, Kinijos mokslų akademijos, bendradarbiaudama su profesoriumi Paolo Fornasiero iš Triesto universiteto (Italija). Susijęs mokslinis darbas buvo paskelbtas internete tarptautiniu mastu žinomame akademiniame žurnale „Science“ ankstyvą rugsėjo 5 d. valandą Pekino laiku.
Mokslininkas Wang Feng, šio straipsnio korespondencijos autorius, pristatė, kad hidrinimo reakcijos yra viena iš svarbiausių chemijos pramonės reakcijų, apimančių bent vieną hidrinimo etapą maždaug ketvirtadalyje cheminių reakcijų procesų. Vienas iš pagrindinių hidrinimo reakcijų etapų yra vandenilio aktyvinimas, kuris apima ir homolizinius, ir heterolitinius mechanizmus. Tarp jų heterolitinio vandenilio skilimo metu susidaro polinės vandenilio rūšys, pasižyminčios dideliu reaktyvumu ir selektyviu polinių funkcinių grupių hidrinimu, taip padidinant daugelio svarbių cheminių produktų susidarymo greitį ir sumažinant šalutinių reakcijų skaičių.
Šiame tyrime tyrėjų grupė peržengė anksčiau sukurtą fotokatalizinės konversijos metodą, kuris „nepriklausomai“ sukelia pusę{0}}fotosužadintų elektronų ir skylių reakcijų, siūlydama panaudoti fotosužadintus elektronus ir skyles, kad būtų galima sukurti erdviškai gretimus teigiamo ir neigiamo krūvio centrus ir taip pasiekti vandenilio heterolizės sąlygas.
Tyrėjų komanda naudojo aukso / titano dioksidą kaip pavyzdinį katalizatorių. Sužadinus titano dioksidą ultravioletine šviesa, susidarę elektronai gali persikelti į aukso nanodaleles ir įstrigti. Tuo tarpu aukso nanodalelių ir titano dioksido sąsajoje yra defektų būsenų, sudarytų iš aukso -deguonies-titano, kur gali būti įstrigusios fotogeneruotos skylės. Šiuo metu skylės ir elektronai yra atitinkamai aukso -deguonies- titano sąsajoje ir aukso nanodalelėse, sudarydamos erdviškai gretimas surištas elektronų -skylių poras. Todėl, kai vandenilio fotodisociacijoje dominuoja surištų elektronų -skylių poros mechanizmas, aukso/titano dioksido aktyvumas, katalizuojantis vandenilio fotodisociaciją, didėja tiesiškai didėjant šviesos intensyvumui.
Vėliau tyrėjų komanda dar labiau patikrino šio lengvo{0}}hidrinimo privalumus per inertinę anglies dioksido redukcijos reakciją ir išsiaiškino, kad susidariusios vandenilio rūšys gali visiškai paversti inertinį anglies dioksidą kambario temperatūroje, o vienintelis produktas yra etanas. Tada naudojant įrenginį, kuris etaną paverčia etilenu, anglies dioksidas gali būti kiekybiškai sumažintas iki etileno, o katalizatorius gali veikti stabiliai daugiau nei 1500 valandų be išjungimo.
Mokslininkų grupė atkreipė dėmesį, kad naujausias vandenilio skaidymo fotokatalizinio metodo patobulinimas gali būti taikomas aukso / azoto oksidų, aukso / cerio oksido ir aukso / bismuto vanadato fotokatalizatoriams, taip pat gali naudoti saulės šviesą, kad anglies dioksidas būtų hidrinamas į etaną, kurio selektyvumas yra 90%.
Wang Feng teigė, kad naudojant veiksmingą vandenilio ne{0}}terminį krekingą kambario temperatūroje, naudojant vandenilį ir anglies dioksidą kaip žaliavas didelės -vertės-produktams, pvz., etanui ir etilenui, gaminti, bus pasiektas reikšmingas energijos suvartojimo ir išmetamųjų teršalų kiekio sumažinimas, taip padedant optimaliai panaudoti anglies išteklius chemijos pramonėje.
Jis atskleidė, kad ateityje tyrimų grupė atliks nuodugnius reakcijų procesų{0}}tyrimus, tikėdamasi sukurti pramoninės technologijos kelią, kuriuo remiantis būtų sujungta šviesa ir fototerminė energija ir sukurtas naujas šiuolaikinės anglies chemijos pramonės atnaujinimo ir transformavimo modelis.
Šaltinis: Kinijos naujienų tarnyba