我所在生物质制氢和柴油领域取得新进展

  近日,我所王峰研究员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。

  由于生物质储量大、年产量高且容易被氧化,因此光催化生物质制氢是一种有潜力的制氢方式。目前生物质制氢后通常被转化成了组分更复杂,更难以解聚的产物而成为废弃物,限制了生物质制氢的应用。因此,在制氢的同时,把生物质选择性地转化成化学品或油品,将降低产物生成的成本,并实现生物质的完全利用。

  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离子的Ru离子是提高光催化效率的主要原因。

  该研究工作成功实现了生物质制备氢气和柴油,实现了生物质的完全利用。此外,制备的柴油组分非常丰富,同时包含直链和支链烷烃。该工作提出了可持续碳资源和太阳能转化为清洁能源(H2,柴油或煤油)的方式。

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

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