日本通過氧化鎢電極首次實現室溫下可見光制氫氣

日本九州市立大學天野史章准教授領導的研究小組開發出一種新工藝，在溫室環境下利用低能量可見光，只需一個步驟即可完成從甲烷（CH4）轉換為乙烷（C2H6）和氫氣（H2）的光電化學反應過程。

傳統的甲烷變換反應需通過多個工序且消耗大量能源，研究人員一直期待開發出將甲烷直接變換為有用化學品的化學流程。通常要在高溫條件下，缺乏化學反應的甲烷分子穩定的C-H鍵才能在熱催化劑上活化。雖然光催化劑可在室溫環境下將甲烷活化為甲基自由基，但需要紫外線等高能光源，同時還存在吸收的光子用於反應的效率（量子效率）非常低的問題。

在最新研究中，該團隊獨立開發了用於啟動氣相分子的光電化學反應過程，利用可見光在低溫下將甲烷轉換成乙烷和氫。在使用氧化鎢（WO3）電極時，在藍色可見光照射下進行甲烷的均質偶聯反應，發現在所有產物中以50%以上的選擇率生成乙烷。通過施加電場，光激發電子和空穴的再結合被抑制，與傳統的光催化反應方法相比，量子效率大幅度提高。這是首次實現室溫下使用可見光能源製造氫氣。

這種新工藝有望利用豐富的天然資源甲烷製造氫氣和化工產品原料，創造新的燃氣化學產業。

氧化鎢是一種新型的半導體材料，也是少數幾種易於實現量子尺寸效應的氧化物半導體之一，兼具電致變色、吸收、催化等特性，已被廣泛用於燃料電池，化學感測器、光電器件等領域。氧化鎢電極材料具有優異的電化學性能，具有較高的庫倫效率同時還能保持較好的迴圈穩定性、結構穩定性。

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