乙烯(C2H4)是一种高度易燃的化合物，广泛应用于许多场合，包括包装和塑料制品的制造、化学工业、农业和医疗保健。开发有效和可持续的方法来大规模生产乙烯可以帮助满足对这种多用途碳氢化合物不断增长的需求。
生产乙烯的一种可能方法是将天然气中丰富的碳氢化合物乙烷(C2H6)转化为乙烯和氢气。然而，提出的方法需要大量的电力，因此与大量的碳足迹有关。
东吴大学、多伦多大学和其他研究所的研究人员最近介绍了一种新方法，通过使用钙钛矿氧化物LaMn1−xCuxO3，通过太阳能光催化乙烷脱氢来生产乙烯。发表在《自然能源》杂志上的一篇论文概述了这种钙钛矿，它具有良好的性能，使其成为一种有前途的选择性光催化剂，可以利用太阳能或LED灯将乙烷转化为乙烯和氢。
“工业规模的乙烯生产主要是通过化石动力的乙烷蒸汽裂解——一个高温、高能的过程，”宋锐、赵冠舒和他们的同事在他们的论文中写道。“另一种由阳光提供动力并在环境条件下运行的光化学途径可能会减少一些相关的温室气体排放。我们报道了用LaMn1−xCuxO3光催化乙烷脱氢成乙烯和氢。
Song, Zhao和他们的同事表明，使用钙钛矿氧化物LaMn1−xCuxO3作为光催化剂，他们可以在不需要外部热源的情况下有效地将乙烷转化为乙烯和氢。这种转换可以使用太阳能或LED灯来实现，从而降低碳排放。
研究小组写道:“这种钙钛矿氧化物具有氧化还原活性的刘易斯酸位点，包括Mn(III)和Mn(IV)，以及刘易斯碱位点，包括O(-II)和OH(-I)，统称为表面受挫刘易斯对。”“我们发现，调整这些位点的相对比例可以优化乙烷脱氢的活性、选择性和产率。”
研究人员使用屋顶原型装置评估了他们的太阳能乙烯生产方法，并获得了显着的乙烯产量。此外，他们还进行了全面的技术和经济分析，其中突出了他们提出的解决办法的巨大经济潜力。
宋、赵和他们的同事写道:“最高的乙烯产率和乙烷转化率分别约为1.1 mmol g - 1 h - 1和4.9%。”“我们展示了一个简单的户外原型来证明太阳能乙烯工艺的可行性。此外，技术经济分析揭示了工业规模的太阳能乙烷生产乙烯的经济潜力。”
为了最大限度地吸收光并减少损失，需要仔细设计支持乙烷转化过程的光催化剂和光反应器。然而，到目前为止收集到的研究结果非常有希望，表明这种新的钙钛矿氧化物基光催化剂对未来大规模生产乙烯是有利的。
在接下来的研究中，宋、赵和他们的同事计划进一步研究他们的光催化剂和光反应器的性能，特别是探索它们对催化反应的影响。此外，他们希望进一步提高光化学活化、光捕获和光传输速率，以进一步提高LaMn1−xCuxO3钙钛矿的光催化效率。
更多信息:宋睿等，利用LaMn1−xCuxO3光催化乙烷脱氢制乙烯，Nature Energy(2024)。DOI: 10.1038/s41560-024-01541-7期刊信息:Nature Energy
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引用一种用于高效光催化co的钙钛矿 乙烷转化为乙烯和氢气(2024年6月19日)检索自https://techxplore.com/news/2024-06-perovskite-efficient-photocatalytic-conversion-ethane.html本文档 作品受版权保护。除为私人学习或研究目的而进行的任何公平交易外，未经书面许可，不得转载任何部分。的有限公司 内容仅供参考之用。
