郭Zhengxiao的化学教授香港大学(香港)和Junwang唐教授,现在在清华大学化学工程系,合作开发高活性和选择性催化材料,可以有效地改变甲烷,一种强大的温室气体,甲醛,不可缺少的化工、杜绝浪费的方式。
选择性甲烷转化甲醛(Vo]-Cu-WO3光催化剂。图片来源:自然通讯
这部小说的材料,来自三氧化钨(我们3催化剂),具有双重活性部位由铜和钨原子物种共同努力,使一个有效的和有选择性的转换过程。
在可见光下,选择性转换过程可以达到近100%,避免无用的副产品和提高效率,使它一个环保的选择目前的生产方法。这项研究最近发表在知名杂志上自然通讯。
改变不变:甲烷转化
甲烷,天然气的主要成分,是一种常见的碳源对许多化学物质。尽管如此,它是一种强大的温室气体,全球变暖的潜力超过70倍的二氧化碳。催化甲烷转换(将甲烷转化为其他化学物质)是一个巨大的可能性获得零能源和化学供应,同时解决环境问题。
甲烷,另一方面,是一个非常稳定的分子抗激活,尤其是轻度或环境条件。因此,建立高的活性和选择性甲烷转化是一个相当大的问题,和许多化学家认为选择性激活的分子间碳氢键的催化中最难以捉摸的“圣杯”。
相比之下,甲醛是一种大批量商品化学市场价值80亿美元,复合年增长率(CAGR)的5.7%。使用在各种各样的家庭,商业、航空、医疗、和汽车行业,以及三聚氰胺的重要前体,脲醛、酚醛树脂。
甲醛也安全使用疫苗,抗感染药物,hard-gel胶囊。目前生产通过甲醇oxidation-dehydrogenation利用银或金属氧化物催化剂在高反应堆温度约500 - 600°C,导致重要的公司2排放和能源的惩罚。
利用阳光将甲烷
小组发现了一个新颖的方法将甲烷转化为甲醛利用阳光在他们的研究中。他们发现一个协同整体组成自动分散部分铜和钨物种在减少氧化钨功能非常好,使非凡的光催化甲烷转化甲醛环境下可见光。
技术比之前报道的选择性和高转换效率(论文的近100%的营业额频率、TOF = 8.5×106μmol(一氧化碳)·g1(助催化剂)·h1)。
研究人员,通过机械的分析,发现铜帮助移动电子,形成活性分子的物种,而钨协助激活甲烷气体。尤其是铜,作为电子受体,促进photo-induced从导带电子转移分子氧,导致活性hydroperoxyl自由基(HOO)。
与此同时,附近的钨原子受体部分正电荷担任洞。水的优先吸附和激活网站生成的羟基自由基,有效地转化为甲烷甲基自由基。邻双活跃站点的协同作用显著提高了转换过程的总体效率和选择性。
这一发现提供了持续的研究和发展路径的新催化剂广泛的化学转换,支持更可持续的和高效的化学过程。
太阳能转换的甲烷是非常可取的低碳和高附加值的化学合成。然而,产品选择性和生产效率是成功的关键。这需要转换机制的深入理解,精心设计的催化剂,和互补的技术来确定其性能良好的多学科的任务,需要强有力的协作奉献。这正是团队已经做——与增值的结果!
Zhengxiao郭,研究相应的作家和教授,香港大学
期刊引用
罗、L。等,(2023)。近100%甲醛通过选择性和visible-light-driven甲烷转化。单原子铜和W的δ+。自然通讯。doi.org/10.1038/s41467 - 023 - 38334 - 7。
来源:https://www.hku.hk/