利用太阳能进行可持续烯烃转移氢化和炔烃半氢化的光催化方法-pg电子竞技平台

2022-09-15 15:00:01  信息编号：k223785  浏览次数：136

在最近发表在acs applied energy materials杂志上的一篇论文中，研究人员提出了一种太阳能驱动的烯烃半氢化和炔烃氢化的可持续技术。

背景

氢化是最基本的化学反应之一，它使用铂族金属催化剂和氢气 (h 2 ) 气体，其应用范围从研究设施到工业操作，用于合成精细和商业化学品。

不可持续或高能过程用于生产气态 h 2。因此，开发新颖、可持续的加氢方法至关重要。由太阳能驱动的可持续光催化方法可能有利于克服转移氢化和 h 2 生成方面的这些限制。

关于研究

在本文中，该团队展示了一种基于半导体的光催化剂在光激活烯烃加氢过程中的应用。在没有气态h 2的情况下，强反应体系使用光活化来表现出有效加速烯烃加氢的能力，在一小时内获得高产率。

根据标准程序制造bivo 4 /biobr/pd 光催化剂。氢化过程包括使用 3:1 乙醇/h 2 o 溶剂将重 20 mg 的 bivo 4 /biobr/pd 样品悬浮在 100 μm 烯烃溶液中。该装置由 450 w 中压汞灯照亮。钯 (pd) 是一种重要的反应组分，可促进 h 原子的形成和活化以进行氢化。为了验证这一作用，我们制作了五种不同的 bivo 4 /biobr/pd 系统，每个系统的样品中 pd 的含量都不同。

此外，在线性反应阶段，估计每种光催化剂形成产物的周转频率 (tof)。最后，使用无钯的bivo 4 /biobr 进行光催化加氢作为对照。为了研究底物变化对光催化加氢的影响，使用含 8% pd 的 bivo 4 /biobr/pd 驱动反应。最后，进一步分析了1-苯基-1-环己烯光催化加氢。对于炔烃1-十二炔和苯乙炔，使用bivo 4 /biobr/pd 进行了进一步的光催化加氢研究。

观察

bivo 4 /biobr/pd 在光激发下可氧化导致乙醇脱氢生成乙醛。虽然由 8 wt% pd 负载组成的 bivo 4 /biobr/pd 组分产生了可观的产品产率，但系统中 pd 量的变化对光催化的反应性有直接影响。随着材料中 pd 含量的减少，反应的异构化体积增加。这导致产物收率降低，从而以异构体形式捕获底物，而不是获得完全氢化的产物。

值得注意的是，对于异构化增加的反应，观察到更大的 tof 值。这很可能是由于反应时间缩短后产物的快速形成。苯乙炔的光催化加氢被认为是相当快的。在曝光三分钟后，大约三分之二的苯乙炔已变成苯乙烯作为唯一可检测的产物。在完全暴露五分钟后观察到苯乙炔完全消耗。

辐照 240 分钟后，1-十二碳烯氢化成 1-十二碳烯（中间体）产生 76% 的产物产量。1-十二碳烯中间体表现出有限的异构化。值得注意的是，烯烃中间体的氢化可导致形成 1-十二烷。然而，仅在辐照 240 分钟后才完全检测到氢化正烷烃。这种反应性表明bivo 4 /biobr/pd 光催化剂可以从炔烃生产半氢化烯烃中间体。这种炔烃反应性水平可能源于炔烃从材料表面较烯烃更慢的解吸或吸附。

解吸/吸附速度的这种变化有助于解释为什么烯烃中间体经历了有限的氢化作用，直到炔烃完全消耗。尽管事实上在没有炔烃的情况下烯烃氢化速率远高于炔烃的半氢化速率，但仍实现了这一点。

在证明 bivo 4 /biobr/pd 是一种在人工光照条件下转移氢化的有效光催化剂后，研究了一种替代的辐照源太阳光来驱动该过程。太阳能照明用于在 8 分钟内从苯乙烯的光氢化中获得乙苯。因此，人工照明系统条件提供了更大的能量含量，从而产生了更高的 tof。尽管如此，太阳能照明也被认为具有很高的吸引力，因为它既是碳中和又是节能的。

结论

总而言之，研究人员确定 bivo 4 /biobr/pd 标志着可持续光氢化向前迈出了重要一步。此外，它通过由太阳辐射驱动的光催化利用乙醇中的可再生氢源，实现了一种可持续的加氢方法。它被证实在烯烃加氢以及更复杂的灭活物种方面取得了成功，并实现了炔烃半加氢。据作者称，反应和材料优化可能是未来研究的重点，可能会导致反应性增加。该系统为将基本催化机制转向更可持续的替代品奠定了基础。