【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，中國科學院大連化學物理研究所能源催化轉(zhuǎn)化全國重點實驗室太陽能研究部(DNL16)李燦院士團隊在生物質(zhì)資源化利用研究方面取得新進展。團隊發(fā)展了一種基于雙釩氧化還原電對的“離場電催化”新策略，將秸稈、玉米芯等難溶的原始生物質(zhì)在溫和條件下高效轉(zhuǎn)化為氫氣與甲酸(90%選擇性，唯一液相產(chǎn)物)。該技術(shù)為生物質(zhì)資源的大規(guī)模、高值化利用提供了一條有工業(yè)化前景的新路徑。
 

　　利用生物質(zhì)生產(chǎn)氫氣和化學品是實現(xiàn)“雙碳”目標的重要方向，目前廣泛流行的熱催化生物質(zhì)重整技術(shù)需要在高溫下進行，存在結(jié)焦產(chǎn)物及高耗能等缺點，同時會得到難以分離提純的一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、氫氣(H2)等混合氣體。傳統(tǒng)電催化方法面臨反應物在電極表面?zhèn)髻|(zhì)效率低導致性能下降，以及難以直接大規(guī)模處理固體生物質(zhì)原料等問題。如何實現(xiàn)原始生物質(zhì)的直接、高效、高選擇性轉(zhuǎn)化，一直是該領域待解的難題。
 

　　針對上述難題，研究團隊創(chuàng)新性地提出了“離場電催化”概念。該策略利用兩對釩基氧化還原電對作為“化學搬運工”，將發(fā)生在電極上的反應轉(zhuǎn)移至均相溶液中進行，實現(xiàn)了電荷轉(zhuǎn)移和化學反應在空間上的分離。其中，陽極產(chǎn)生的釩(V)電對可精準切斷纖維素和半纖維素中的碳-碳鍵，通過逐步氧化將其高效轉(zhuǎn)化為單一產(chǎn)物甲酸；陰極的釩(II)電對則高效催化質(zhì)子還原產(chǎn)氫，法拉第效率接近100%。消耗后的電對在電化學池中再生，實現(xiàn)持續(xù)運行。這一策略應用于原始生物質(zhì)顆粒(由纖維素、半纖維素、木質(zhì)素組成)的直接轉(zhuǎn)化，其中纖維素、半纖維素重整為氫氣和甲酸，不溶的木質(zhì)素被分離出來。該策略具有三大優(yōu)勢：一是反應電壓低于傳統(tǒng)電解水，能耗成本低；二是聯(lián)產(chǎn)甲酸，提升過程經(jīng)濟性；三是其反應與再生元空間解耦的設計，可兼容現(xiàn)有化工設備(例如固定床反應器、液流電池)，為大規(guī)模應用提供了可行性驗證。
 

　　上述成果以“Biomass Reforming to H2 and Formic Acid via an Off-field Electrocatalysis”為題，于近日發(fā)表在《化學工程雜志》(Chemical Engineering Journal)上。該工作的第一作者是中國科學院大連化學物理研究所DNL16博士研究生屈曉雷。上述工作得到國家自然科學基金、國家自然科學基金委“人工光合成”基礎科學中心項目、大連科技人才創(chuàng)新項目等支持。(文/圖 屈曉雷)