U reakcijama hidrogenacije u hemijskoj industriji, krekiranje vodonika obično zahtijeva visoke temperature i pritiske, trošeći puno energije i povećavajući sigurnosne rizike. Dugo vremena, postizanje efikasnog pucanja vodonika u normalnim temperaturnim uslovima bio je važan cilj koji su istraživali naučnici.
Prema najnovijim vestima Kineske akademije nauka, kineski naučnici su prvi u svetu postigli cilj efikasne disocijacije gasovitog vodonika na sobnoj temperaturi, što će značajno smanjiti potrošnju energije u tradicionalnim procesima hidrogenacije, smanjiti emisiju ugljen-dioksida i pomoći u optimizovanom korišćenju resursa ugljenika u hemijskoj industriji.
Ovaj revolucionarni novi napredak u polju fotokatalitičkog cijepanja vodika postigao je tim na čelu s istraživačem Wangom Fengom iz Dalian Instituta za kemijsku fiziku, Kineske akademije nauka, u suradnji s profesorom Paolom Fornasierom sa Univerziteta u Trstu, Italija, između ostalih. Srodni istraživački rad objavljen je na internetu u međunarodno poznatom akademskom časopisu 'Science' u ranim satima 5. septembra po pekinškom vremenu.
Istraživač Wang Feng, korespondentni autor rada, uveo je da su reakcije hidrogenacije jedna od važnih reakcija u hemijskoj industriji, koja uključuje najmanje jedan korak hidrogenacije u otprilike četvrtini procesa hemijske reakcije. Jedan od ključnih koraka reakcija hidrogenacije je aktivacija vodonika, koja uključuje i homolitičke i heterolitičke mehanizme. Među njima, heterolitičkim cijepanjem vodika nastaju polarne vrste vodika, koje karakterizira visoka reaktivnost i selektivna hidrogenacija polarnih funkcionalnih grupa, čime se povećava brzina stvaranja mnogih važnih kemijskih proizvoda i smanjuju nuspojave.
U ovoj studiji, istraživački tim je probio prethodno razvijenu metodu fotokatalitičke konverzije koja inducira polu-reakcije fotopobuđenih elektrona i rupa 'nezavisno', predlažući korištenje fotopobuđenih elektrona i rupa za konstrukciju prostorno susjednih centara pozitivnog i negativnog naboja, čime se postižu uvjeti heterolize vodonika.
Istraživački tim je koristio zlato/titan dioksid kao model katalizatora. Pobuđivanjem titanijum dioksida ultraljubičastim svetlom, generisani elektroni mogu da se prenesu na nanočestice zlata i postanu zarobljeni. U međuvremenu, postoje defektna stanja sastavljena od zlata-kiseonika-titanijuma na granici između zlatnih nanočestica i titanijum dioksida, gde fotogenerisane rupe mogu biti zarobljene. U ovom trenutku, rupe i elektroni se nalaze na sučelju zlata-kiseonik-titanijuma i nanočestica zlata, respektivno, formirajući prostorno susedne vezane parove elektronskih- rupa. Stoga, kada mehanizam vezanih elektronskih - rupa u paru dominira fotodisocijacijom vodonika, aktivnost zlato/titan dioksida u kataliziranju fotodisocijacije vodonika raste linearno sa jačim intenzitetom svjetlosti.
Nakon toga, istraživački tim je dalje potvrdio prednosti ove svjetlosne-inducirane hidrogenacije kroz inertnu reakciju redukcije ugljičnog dioksida, otkrivši da stvorene vrste vodonika mogu u potpunosti pretvoriti inertni ugljični dioksid na sobnoj temperaturi, a jedini proizvod je etan. Zatim, putem uređaja koji pretvara etan u etilen, ugljični dioksid se može kvantitativno reducirati u etilen, a katalizator može stabilno raditi preko 1500 sati bez deaktivacije.
Istraživački tim je istakao da se najnoviji razvoj fotokatalitičke metode za cijepanje vodika može proširiti na okside dopirane zlatom/azotom, zlato/cerijum oksid i fotokatalizatore zlato/bizmut vanadat, a može koristiti i sunčevu svjetlost za postizanje hidrogenacije ugljičnog dioksida u etan, sa selektivnošću od 90%.
Wang Feng je naveo da će se efikasnim vodoničnim ne-termalnim krekiranjem na sobnoj temperaturi, korištenjem vodonika i ugljičnog dioksida kao sirovina za proizvodnju proizvoda visoke-vrijednosti-dodate vrijednosti kao što su etan i etilen, postići značajno smanjenje potrošnje energije i emisija, čime će se pomoći u optimiziranom korištenju ugljičnih resursa u hemijskoj industriji.
On je otkrio da će istraživački tim u budućnosti provoditi-dubinske studije o reakcionim procesima, nadajući se da će razviti put industrijske tehnologije koji spaja svjetlosnu i fototermalnu energiju na osnovu toga, pružajući novi model za nadogradnju i transformaciju moderne hemijske industrije uglja.
Izvor: China News Service