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我所在生物質制氫和柴油領域取得新進展

  近日,我所王峰研究員团队在生物质制氢和柴油领域取得新进展,相关成果发表在《自然-能源》(Nature Energy)上。

  由于生物質儲量大、年産量高且容易被氧化,因此光催化生物質制氫是一種有潛力的制氫方式。目前生物質制氫後通常被轉化成了組分更複雜,更難以解聚的産物而成爲廢棄物,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,將降低産物生成的成本,並實現生物質的完全利用。

  该团队利用可见光催化无氢受体的脱氢C-C偶联反应(ADC)和自由基的共振特性,将木质纤维素下游产物2-甲基呋喃和2,5-二甲基呋喃转化为组分非常丰富的柴油前驱物(Diesel Fuel Precursors, DFPs)。该过程同时产生了同等量的氢气,并可以在452nm波长取得最高15.2%的柴油前驱物量子产率。该柴油前驱物组分为呋喃类化合物,包含的碳数范围为C10~C12和C15~C18,并同时含有直链和支链烷烃的前驱物,其中支链烷烃前驱物的选择性约为41%。将该柴油前驱物加氢脱氧后可以得到相应的烷烃组成的柴油。该合成柴油86%以上的组分为直链和带一个支链的烷烃,与石油来源柴油中链烷烃结构相近。实验表明,产生的氢气可以单独使用,也可以用于加氢脱氧反应,从而减少该过程氢气的使用。综合原位X射线吸收光谱(XAFS)和理论计算等催化表征方法揭示了Ru掺杂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爲清潔能源(H2,柴油或煤油)的方式。

  该工作得到国家自然科学基金和中國科學院先导专项的资助。(文/图 罗能超)

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