我所在生物質制氫和柴油領域取得新進展

  近日,我所王峰研究員團隊在生物質制氫和柴油領域取得新進展,相關成果發表在《自然-能源》(Nature Energy)上。

  由于生物質儲量大、年產量高且容易被氧化,因此光催化生物質制氫是一種有潛力的制氫方式。目前生物質制氫后通常被轉化成了組分更復雜,更難以解聚的產物而成為廢棄物,限制了生物質制氫的應用。因此,在制氫的同時,把生物質選擇性地轉化成化學品或油品,將降低產物生成的成本,并實現生物質的完全利用。

  該團隊利用可見光催化無氫受體的脫氫C-C偶聯反應(ADC)和自由基的共振特性,將木質纖維素下游產物2-甲基呋喃和2,5-二甲基呋喃轉化為組分非常豐富的柴油前驅物(Diesel Fuel Precursors, DFPs)。該過程同時產生了同等量的氫氣,并可以在452nm波長取得最高15.2%的柴油前驅物量子產率。該柴油前驅物組分為呋喃類化合物,包含的碳數范圍為C10~C12和C15~C18,并同時含有直鏈和支鏈烷烴的前驅物,其中支鏈烷烴前驅物的選擇性約為41%。將該柴油前驅物加氫脫氧后可以得到相應的烷烴組成的柴油。該合成柴油86%以上的組分為直鏈和帶一個支鏈的烷烴,與石油來源柴油中鏈烷烴結構相近。實驗表明,產生的氫氣可以單獨使用,也可以用于加氫脫氧反應,從而減少該過程氫氣的使用。綜合原位X射線吸收光譜(XAFS)和理論計算等催化表征方法揭示了Ru摻雜ZnIn2S4中取代六配位In離子的Ru離子是提高光催化效率的主要原因。

  該研究工作成功實現了生物質制備氫氣和柴油,實現了生物質的完全利用。此外,制備的柴油組分非常豐富,同時包含直鏈和支鏈烷烴。該工作提出了可持續碳資源和太陽能轉化為清潔能源(H2,柴油或煤油)的方式。

  該工作得到國家自然科學基金和中國科學院先導專項的資助。(文/圖 羅能超)

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