記者24日從清華大學(xué)獲悉，該校工業(yè)催化中心教授唐軍旺課題組開發(fā)出一種新型分子結(jié)光催化劑,，其能夠?qū)⒓淄楦咝а趸癁橐掖?。相關(guān)研究成果在線發(fā)表于《自然》。
甲烷是天然氣和頁巖氣的主要成分,，也是化學(xué)合成的重要碳源,。將甲烷部分氧化為多碳化合物,，是實現(xiàn)我國天然氣資源高價值利用、推動能源化工低碳轉(zhuǎn)型的重要技術(shù)路徑,。然而,，甲烷分子的高度對稱性和穩(wěn)定性使其轉(zhuǎn)化反應(yīng)活性較低。而且,，傳統(tǒng)甲烷轉(zhuǎn)化依賴高溫高壓環(huán)境,，需要通過一氧化碳中間產(chǎn)物進行多步反應(yīng)，效率低且副產(chǎn)物多,。在這種情況下,，為了高效利用甲烷，實現(xiàn)潔凈燃料和綠色化學(xué)品的合成,，研究人員亟待開發(fā)可在溫和條件下進行的甲烷轉(zhuǎn)化技術(shù),。
“我們的研究目標是，開發(fā)在溫和條件下將甲烷一步轉(zhuǎn)化為像乙醇這類更高價值碳二產(chǎn)品的技術(shù),，且不需要經(jīng)過一氧化碳的中間步驟,。”唐軍旺說,。
為此,，課題組采用了一種分子內(nèi)結(jié)光催化劑——CTF-1，其交替的苯環(huán)和三嗪基團能夠?qū)⒓淄榕悸?lián)并氧化為乙醇,，顯著提高選擇性和轉(zhuǎn)化率,。
唐軍旺介紹，這種異質(zhì)結(jié)構(gòu)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)電荷生成后的高效且持久分離,，還能使水分子和氧分子分別優(yōu)先吸附在三嗪單元和苯單元上。
歷經(jīng)近10年研究,，唐軍旺課題組成功利用“分子內(nèi)結(jié)”實現(xiàn)了多個關(guān)鍵步驟的突破,，包括調(diào)控光生電子和空穴在空間上的分離、催化劑氧化和還原反應(yīng)位點的物理分離,、甲烷和氧氣吸附位點的控制,、反應(yīng)中間體和強氧化位點的分離。
唐軍旺說：“這些步驟最終實現(xiàn)了甲烷的高轉(zhuǎn)化率以及目標產(chǎn)物的高選擇性,，可以進一步將甲烷部分氧化并高效生成乙醇,。”
編輯：李華山
