日本通过氧化钨电极首次实现室温下可见光制氢气

日本九州市立大学天野史章准教授领导的研究小组开发出一种新工艺,在温室环境下利用低能量可见光,只需一个步骤即可完成从甲烷(CH4)转换为乙烷(C2H6)和氢气(H2)的光电化学反应过程。

传统的甲烷变换反应需通过多个工序且消耗大量能源,研究人员一直期待开发出将甲烷直接变换为有用化学品的化学流程。通常要在高温条件下,缺乏化学反应的甲烷分子稳定的C-H键才能在热催化剂上活化。虽然光催化剂可在室温环境下将甲烷活化为甲基自由基,但需要紫外线等高能光源,同时还存在吸收的光子用于反应的效率(量子效率)非常低的问题。

三氧化钨图片

在最新研究中,该团队独立开发了用于激活气相分子的光电化学反应过程,利用可见光在低温下将甲烷转换成乙烷和氢。在使用氧化钨(WO3)电极时,在蓝色可见光照射下进行甲烷的均质偶联反应,发现在所有产物中以50%以上的选择率生成乙烷。通过施加电场,光激发电子和空穴的再结合被抑制,与传统的光催化反应方法相比,量子效率大幅度提高。这是首次实现室温下使用可见光能源制造氢气。

这种新工艺有望利用丰富的天然资源甲烷制造氢气和化工产品原料,创造新的燃气化学产业。

氧化钨是一种新型的半导体材料,也是少数几种易于实现量子尺寸效应的氧化物半导体之一,兼具电致变色、吸收、催化等特性,已被广泛用于燃料电池,化学传感器、光电器件等领域。氧化钨电极材料具有优异的电化学性能,具有较高的库伦效率同时还能保持较好的循环稳定性、结构稳定性。

 

 

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