U reakcijama hidrogenacije u kemijskoj industriji, vodikovo krekiranje obično zahtijeva visoke temperature i tlakove, trošeći mnogo energije i povećavajući sigurnosne rizike. Dugo je vrijeme postizanje učinkovitog krekiranja vodika u normalnim temperaturnim uvjetima bio važan cilj koji su znanstvenici istraživali.
Prema najnovijim vijestima Kineske akademije znanosti, cilj učinkovite disocijacije plinovitog vodika na sobnoj temperaturi postigli su kineski znanstvenici kao prvi u svijetu, što će značajno smanjiti potrošnju energije u tradicionalnim procesima hidrogenacije, smanjiti emisije ugljičnog dioksida i pomoći u optimiziranom korištenju resursa ugljika u kemijskoj industriji.
Ovaj revolucionarni novi napredak u polju fotokatalitičkog cijepanja vodika postigao je tim predvođen istraživačem Wang Fengom s Instituta za kemijsku fiziku Dalian, Kineske akademije znanosti, u suradnji s profesorom Paolom Fornasierom sa Sveučilišta u Trstu, Italija, između ostalih. Povezani istraživački rad objavljen je na internetu u međunarodno poznatom akademskom časopisu 'Science' u ranim jutarnjim satima 5. rujna po pekinškom vremenu.
Istraživač Wang Feng, dopisni autor rada, predstavio je da su reakcije hidrogenacije jedne od važnih reakcija u kemijskoj industriji, koje uključuju barem jedan korak hidrogenacije u otprilike četvrtini procesa kemijske reakcije. Jedan od ključnih koraka reakcija hidrogenacije je aktivacija vodika, koja uključuje i homolitičke i heterolitičke mehanizme. Među njima, heterolitičko cijepanje vodika proizvodi polarne vrste vodika, koje karakterizira visoka reaktivnost i selektivna hidrogenacija polarnih funkcionalnih skupina, čime se povećava brzina stvaranja mnogih važnih kemijskih proizvoda i smanjuju nusreakcije.
U ovoj je studiji istraživački tim probio prethodno razvijenu metodu fotokatalitičke konverzije koja inducira polu{0}}reakcije fotopobuđenih elektrona i šupljina 'nezavisno', predlažući korištenje fotopobuđenih elektrona i šupljina za izgradnju prostorno susjednih centara pozitivnog i negativnog naboja, čime se postiže heteroliza vodika u uvjetima okoline.
Istraživački tim koristio je zlato/titanijev dioksid kao model katalizatora. Pobuđujući titanijev dioksid ultraljubičastim svjetlom, generirani elektroni mogu se prenijeti na nanočestice zlata i ostati zarobljeni. U međuvremenu, postoje defektna stanja sastavljena od zlata-kisika-titana na sučelju između nanočestica zlata i titanijevog dioksida, gdje se mogu uhvatiti fotogenerirane rupe. U ovoj točki, rupe i elektroni nalaze se na sučelju zlato-kisik-titan, odnosno nanočestice zlata, tvoreći prostorno susjedne vezane parove elektrona-rupa. Stoga, kada vezani par elektron-par rupa dominira fotodisocijacijom vodika, aktivnost zlata/titan dioksida u kataliziranju fotodisocijacije vodika raste linearno s jačim intenzitetom svjetlosti.
Naknadno je istraživački tim dodatno potvrdio prednosti ove svjetlo-inducirane hidrogenacije kroz reakciju redukcije inertnog ugljičnog dioksida, otkrivši da generirane vrste vodika mogu potpuno pretvoriti inertni ugljični dioksid na sobnoj temperaturi, a jedini proizvod je etan. Zatim se pomoću uređaja koji pretvara etan u etilen ugljični dioksid može kvantitativno reducirati u etilen, a katalizator može stabilno raditi preko 1500 sati bez deaktivacije.
Istraživački tim istaknuo je da se najnoviji razvoj fotokatalitičke metode za cijepanje vodika može proširiti na fotokatalizatore zlato/dušik dopirane okside, zlato/cerijev oksid i zlato/bizmut vanadat fotokatalizatore, a također može koristiti sunčevu svjetlost za postizanje hidrogenacije ugljičnog dioksida u etan, sa selektivnošću od 90%.
Wang Feng je izjavio da će se učinkovitim vodikovim ne-termalnim krekiranjem na sobnoj temperaturi, korištenjem vodika i ugljičnog dioksida kao sirovina za proizvodnju proizvoda visoke -dodane vrijednosti- kao što su etan i etilen, postići značajna smanjenja potrošnje energije i emisija, čime će se pomoći u optimiziranom korištenju resursa ugljika u kemijskoj industriji.
Otkrio je da će u budućnosti istraživački tim provoditi -dubinske studije o reakcijskim procesima, u nadi da će razviti put industrijske tehnologije koji na temelju toga povezuje svjetlosnu i fototermalnu energiju, pružajući novi model za nadogradnju i transformaciju moderne kemijske industrije ugljena.
Izvor: China News Service