让氢气"更听话"

    氢气是改变很多“顽固分子”的关键钥匙之一，然而，氢气的两个氢原子就像一对“紧密相拥的情侣”，常温下想让它们“分手”困难重重。近日，中国科学院大连化学物理研究所王峰研究员团队联合意大利里雅斯特大学保罗·福尔纳谢罗教授等人在光催化氢气异裂领域取得新进展，发展了光催化策略，实现了常温条件下氢气异裂。

    加氢反应是化学工业中的重要反应之一，大约四分之一的化工反应过程都涉及至少一步加氢反应。加氢反应的核心步骤之一是氢气活化，包括均裂和异裂两种机制。“均裂和异裂是氢气‘分手’的两种形式，一种是和平分手——两个氢原子各带走一个电子，公平且友好；另一种则是不公平分手——一个氢原子带走全部电子，另一个则一无所有。”王峰说。

    正是这场不公平的“分手”产生了富电子的氢原子，氢气异裂能够产生极性的氢物种，可有效提高重要化工产品的生成速率并减少副反应。然而，氢气异裂通常需要较高的温度和压力，消耗大量能源并增加安全风险。如何在常温条件下实现氢气高效异裂成为科学家们探索的目标。

    研究团队以金/二氧化钛为模型催化剂，通过紫外光激发二氧化钛，使其产生的电子迁移到金纳米颗粒上而被束缚。同时，光生空穴会在催化剂界面处被捕获，从而形成了空间邻近的束缚态电子-空穴对，进而可随着紫外光增强而不断提高氢气异裂效率。

    随后，团队用惰性的二氧化碳还原反应验证了这种光诱导氢气异裂的优势，发现产生的氢物种可以在常温下把惰性的二氧化碳全部转化，产物只有乙烷，再通过串联乙烷转化为乙烯的装置，可以把二氧化碳近乎完全还原为乙烯。

    （中国科技网 9.5）