科学者は、近くの部屋の温度でプロパンを変換するための水および光駆動型の方法を開拓し、持続可能な低エネルギー触媒への扉を開いています。
プロパン脱水素（PDH）は、従来の熱触媒法を使用して実行される場合、通常600°Cを超える温度を必要とする大量の熱を必要とする化学プロセスです。これらの高温は、高エネルギーの使用、焼結の触媒の分解、コーラとして知られる炭素堆積物の蓄積など、いくつかの問題を引き起こします。科学者は、これらの制限を克服し、室温またはその近くでPDHを実行する方法を長い間求めてきました。これは、触媒分析の分野での重要な課題のままです。
で公開された新しい研究自然化学有望なソリューションを提供します。タオ・チャン教授とダリアン化学物理学研究所のアイキン・ワン教授が率いる中国科学アカデミー（CAS）、CASの上海先進研究所のYi Gao教授のチームと協力して、研究者は新しいアプローチを紹介しました。
彼らは、銅単一原子触媒（SAC）を使用する水アシストPDHプロセスを開発し、光視野触媒として知られる光と熱の組み合わせによって駆動されます。この方法により、プロパンのプロピレンへの効率的な変換により、以前よりもはるかに低い温度で変換できます。
ニアロームの温度での効率的な反応
Cuを使用して1/TIO2SAC、研究者たちは、水蒸気雰囲気のほぼ波形条件下でPDHを達成しました。連続流の固定床反応器では、反応温度をわずか50〜80°Cに低下させ、1201μmolgの最大反応速度を達成しました。猫-1h-1。
研究者は、Cu単一原子、水蒸気、および光照明がすべてプロパンからプロピレンへの変換に重要な役割を果たしたことを明らかにしました。
Cu上の光触媒水分裂を通して1/TIO2SAC、水素、ヒドロキシル種生成されました。その後、ヒドロキシルラジカルは触媒表面に吸着し、プロパンからの水素原子を抽象化してプロピレンと水を形成しました。水は消費されることなく触媒的に作用しました。このメカニズムは、伝統的なPDHおよびプロパンの酸化的脱水素化と基本的に異なります。
さらに、研究者は、開発された経路を、エタンやブタンを含む他の軽いアルカンの脱水素に拡張できることを実証しました。反応は、CUを使用して日光によって直接駆動することさえできます1/TIO2サック。
「私たちの研究は、PDHに新しい方法を提供するだけでなく、太陽エネルギーによって駆動される高温反応を実施するためのパラダイムを確立します」と、研究の対応する著者の1人であるXiaoyan Liu教授は述べています。
参照：「ほぼ敵条件下での単一原子触媒による光駆動型のプロパン脱水素化」レイリー・カン、北京Zhu、Qingqing Gu、Xinyi Duan、Lei Ying、Guodong Qi、Jun Xu、Lin Li、Yang、Yanan Xing、Yanlong Wang、Ganlong li、rengui、bing Yan Liu、Aiqin Wang、Tao Zhang、2025年3月21日、自然化学。
2：10.1038/s41557-025-01766-3
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