Водород — важное сырьё для современной химической промышленности. Он используется в производстве пластмасс, топлива, моющих средств и других необходимых современному человеку вещей. Но для этого его необходимо разделять на атомы – это процесс дорогой и энергозатратный.
Однако теперь учёные добились значительного прогресса в области фотокаталитической диссоциации водорода (разделения молекулы водорода на атомы), открыв многообещающий путь к более устойчивому химическому производству с меньшим потреблением энергии и меньшим воздействием на окружающую среду.
Исследование, проведённое учёными из Даляньского института химической физики (DICP) Китайской академии наук и Университета Триеста в Италии, было опубликовано в последнем номере журнала Science. В нём представлен новый метод диссоциации молекул водорода в мягких условиях, а именно при комнатной температуре и с использованием света.
Реакции гидрирования имеют решающее значение в химической промышленности, участвуя примерно в четверти всех химических процессов. Ключевым этапом этих реакций является активация водорода, которая может происходить по двум механизмам: гомолитическому и диссоциации водорода. Последний может привести к более быстрому производству важных химических веществ и меньшему количеству нежелательных побочных продуктов. Однако до сих пор для этого типа диссоциации обычно требовались высокая температура и давление, что потребляло большое количество энергии и создавало риски для безопасности.
Исследовательская группа разработала новую фотокаталитическую стратегию, которая позволила преодолеть прежние ограничения. Вместо того, чтобы использовать фотогенерированные электроны и дырки по отдельности для приведения в действие полуреакций, они использовали их вместе для создания пространственно смежных центров положительного и отрицательного заряда, что позволило осуществлять гетеролиз водорода при комнатной температуре.
«Использование водорода и углекислого газа для производства высокоценных химических веществ, таких как этан и этилен, может значительно снизить энергопотребление традиционных процессов гидрирования и сократить выбросы углерода, — сказал Ван Фэн, профессор DICP. — Это также помогает оптимизировать использование углеродных ресурсов». По сути, в будущем химическая промышленность сможет получать водород при помощи солнечного света при комнатной температуре.
Ван сказал, что команда будет продолжать развивать этот процесс в направлении промышленного применения, сочетая свет и тепло, чтобы потенциально модернизировать и декарбонизировать производство химических веществ на основе угля.
