Keemiatööstuse hüdrogeenimisreaktsioonides nõuab vesinikkrakkimine tavaliselt kõrget temperatuuri ja rõhku, kulutab palju energiat ja suurendab ohutusriske. Pikka aega on teadlaste oluline eesmärk olnud tõhusa vesinikkrakkimise saavutamine normaalsetes temperatuuritingimustes.
Hiina Teaduste Akadeemia viimaste uudiste kohaselt on Hiina teadlased saavutanud vesinikgaasi tõhusa dissotsiatsiooni eesmärgi toatemperatuuril esimesena maailmas, mis vähendab oluliselt energiatarbimist traditsioonilistes hüdrogeenimisprotsessides, vähendab süsinikdioksiidi heitkoguseid ja aitab optimeerida süsinikuressursside kasutamist keemiatööstuses.
Selle murrangulise uue edu vesiniku fotokatalüütilise lõhustamise valdkonnas saavutas Hiina Teaduste Akadeemia Daliani Keemilise Füüsika Instituudi teadlase Wang Feng juhitud meeskond koostöös teiste hulgas Itaaliast Trieste ülikooli professori Paolo Fornasieroga. Seotud uurimistöö avaldati Internetis rahvusvaheliselt tunnustatud akadeemilises ajakirjas "Science" 5. septembri esimestel tundidel Pekingi aja järgi.
Uurija Wang Feng, töö kirjavahetuse autor, tutvustas, et hüdrogeenimisreaktsioonid on keemiatööstuses üks olulisi reaktsioone, mis hõlmavad vähemalt ühte hüdrogeenimisetappi umbes veerandi keemiliste reaktsioonide protsessidest. Üks hüdrogeenimisreaktsioonide põhietappe on vesiniku aktiveerimine, mis hõlmab nii homolüütilisi kui ka heterolüütilisi mehhanisme. Nende hulgas tekitab vesiniku heterolüütiline lõhustamine polaarseid vesinikuliike, mida iseloomustab kõrge reaktsioonivõime ja polaarsete funktsionaalrühmade selektiivne hüdrogeenimine, suurendades seeläbi paljude oluliste keemiatoodete tekkekiirust ja vähendades kõrvalreaktsioone.
Selles uuringus murdis uurimisrühm läbi varem välja töötatud fotokatalüütilise muundamise meetodi, mis indutseerib fotoergastatud elektronide ja aukude poolreaktsioone iseseisvalt, tehes ettepaneku kasutada fotoergastusega elektrone ja auke ruumiliselt külgnevate positiivsete ja negatiivsete laengukeskuste konstrueerimiseks, saavutades seeläbi vesiniku heterolüüsi ambientsees tingimustes.
Uurimisrühm kasutas mudelkatalüsaatorina kulda/titaandioksiidi. Titaandioksiidi ultraviolettvalgusega ergutades võivad tekkinud elektronid üle kanda kulla nanoosakestele ja jääda lõksu. Samal ajal on kulla nanoosakeste ja titaandioksiidi vahelisel liidesel kullast -hapnik-titaanist koosnevad defektid, kuhu võivad jääda fotogenereeritud augud. Sel hetkel asuvad augud ja elektronid vastavalt kulla-hapniku-titaani liidesel ja kulla nanoosakestel, moodustades ruumiliselt külgnevad seotud elektron-augupaarid. Seega, kui vesiniku fotodissotsiatsiooni üle domineerib seotud elektron-augupaari mehhanism, suureneb kulla/titaandioksiidi aktiivsus vesiniku fotodissotsiatsiooni katalüüsimisel lineaarselt tugevama valguse intensiivsusega.
Seejärel kontrollis uurimisrühm veelgi selle valgusega{0}}indutseeritud hüdrogeenimise eeliseid inertse süsinikdioksiidi redutseerimisreaktsiooni kaudu, avastades, et tekkinud vesiniku liigid suudavad toatemperatuuril inertset süsinikdioksiidi täielikult muundada, kusjuures ainsaks tooteks on etaan. Seejärel saab etaani etüleeniks muundava seadme abil süsinikdioksiidi kvantitatiivselt redutseerida etüleeniks ja katalüsaator võib töötada stabiilselt üle 1500 tunni ilma deaktiveerimiseta.
Uurimisrühm märkis, et vesiniku lõhustamise fotokatalüütilise meetodi uusimat arengut saab laiendada kulla/lämmastikoksiidide, kulla/tseeriumoksiidi ja kuld/vismutvanadaadi fotokatalüsaatoritega ning see võib kasutada ka päikesevalgust süsinikdioksiidi hüdrogeenimiseks etaaniks selektiivsusega 90%.
Wang Feng väitis, et tänu tõhusale vesiniku mitte{0}}termiliseks krakkimiseks toatemperatuuril, kasutades toorainena vesinikku ja süsinikdioksiidi kõrge -lisandväärtusega toodete, nagu etaan ja etüleen, tootmiseks, saavutatakse oluline energiatarbimise ja heitkoguste vähenemine, aidates seega kaasa süsinikuressursside optimeerimisele keemiatööstuses.
Ta paljastas, et tulevikus viib uurimisrühm läbi -reaktsiooniprotsesside süvauuringuid, lootes välja töötada tööstustehnoloogia, mis ühendab selle põhjal valguse ja fototermilise energia, pakkudes uut mudelit kaasaegse kivisöe keemiatööstuse uuendamiseks ja ümberkujundamiseks.
Allikas: China News Service