钙钛矿用于高效光催化将乙烷转化为乙烯和氢气

乙烯(C2H4)是一种高度易燃的化合物，广泛用于多种场合，包括包装和塑料制品制造、化学工业、农业和医疗保健。开发有效且可持续的大规模生产乙烯的方法有助于满足对这种用途广泛的碳氢化合物日益增长的需求。

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，目前提出的生产方法需要大量电力，因此会产生大量碳足迹。

苏州大学、多伦多大学和其他机构的研究人员最近介绍了一种利用钙钛矿氧化物LaMn1−xCuxO3通过太阳能光催化乙烷脱氢生产乙烯的新方法。《自然能源》杂志发表的一篇论文概述了这种钙钛矿，它具有良好的特性，使其成为一种有前途的选择性光催化剂，可利用太阳能或LED光将乙烷转化为乙烯和氢气。

“工业规模乙烯生产主要通过以化石燃料为动力的乙烷蒸汽裂解实现，这是一种高温、高能的过程，”宋瑞、赵关树及其同事在论文中写道。“一种以阳光为动力并在环境条件下运行的替代光化学途径可能会减轻一些相关的温室气体排放。我们报道了使用LaMn1−xCuxO3将乙烷光催化脱氢为乙烯和氢气。”

Song、Zhao及其同事证明，使用钙钛矿氧化物LaMn1−xCuxO3作为光催化剂，他们可以高效地将乙烷转化为乙烯和氢气，而无需外部热源。这种转化可以使用太阳能或LED灯实现，从而降低碳排放。

研究团队写道：“这种钙钛矿氧化物具有氧化还原活性的路易斯酸位点，包括Mn(III)和Mn(IV)，以及路易斯碱位点，包括O(-II)和OH(-I)，统称为表面受阻路易斯对。”“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、选择性和产量。”

研究人员使用屋顶原型装置评估了太阳能乙烯生产方法，并取得了显著的乙烯生产率。此外，他们还进行了全面的技术和经济分析，突出了他们提出的解决方案的巨大经济潜力。

“实现的最高乙烯生产率和乙烷转化率分别约为1.1mmolg−1h−1和4.9%”，宋、赵及其同事写道。“我们展示了一个简单的户外原型，以证明太阳能乙烯工艺的可行性。此外，技术经济分析揭示了以乙烷为原料，以工业规模生产太阳能乙烯的经济潜力。”