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科学家提出低碳烯烃制备新路线,有望直接利用太阳光生产乙烯2

 

 

3、不能为了“震撼”而夸大:而施润等人根据课题组的研究背景,把目光投向了清洁可持续的低温光催化过程。事实上,该课题的最初构思是源于课题组于 2023 年发表的一项关于光催化甲烷氧化偶联的工作。

1)由于没有关于光催化乙烷氧化脱氢的系统性文献报道,很多时候他们也只能依据现有的知识积累提出一些新的观点和假设,设计实验、认真求证,并对获得的实验数据进行分析,保证所报道的每一句话、每一个观点都具有科学性。
2)研究中,通过筛选一系列氧化物半导体捕光单元、以及过渡金属催化单元,他们制备了 PdZn 金属间化合物负载的 ZnO 光催化剂。
3)通过此,他们首次实现了光催化乙烷氧气氧化脱氢制乙烯,在 140℃ 反应温度下,乙烯生成速率达 46.4mmolg–1h–1,乙烯选择性为 92.6%,性能优于高温热催化乙烷氧化脱氢制乙烯已有文献报道。同时,该催化剂表现出优异的光催化丙烷和丁烷氧化脱氢性能,并在模拟页岩气的反应气氛下,实现了 20% 的乙烷转化率以及 87% 的乙烯选择性。
4)原位电子顺磁共振波谱、原位傅里叶变换红外光谱和在线质谱同位素分析显示:ZnO 上光照产生的活性晶格氧位点,能够高效活化乙烷的惰性 C–H 键。
5)随后表面晶格氧和氢原子脱除形成氧空位,转移至 PdZn 上的光生电子活化氧气以补充晶格氧,由此构成光增强的晶格氧氧化机制。而相比于 Pd 纳米颗粒,PdZn 由于与 ZnO 载体的强电子相互作用,能够促进晶格氧的脱除和补充循环。另据悉,在刚开始指导学生开展这一课题的时候,施润并不肯定这项研究后面要朝着什么方向发展,思路上依然延续了乙烷直接脱氢相关报道。
6)初期,他们甚至观察到光催化乙烷直接脱氢路线具有非常优异的反应效率。但基于已有研究经验,经过各项排查,最终认定该结果为假阳性结果。

4、由于反应装置气密性不足,导致反应过程中渗入了少量的氧气(空气),实际发生的是乙烷氧化脱氢。如果没有严谨的论证,实事求是的态度,将该结果一直误认为是“乙烷直接脱氢”,后果将不堪设想。

5、而在论文撰写过程中,对是否在论文中着重强调反应温度这一问题,他们曾展开过深入的探讨。一般认为光催化的优势是反应条件温和、绿色可持续,但由于材料吸光后的热耗散过程几乎是不可避免的,催化剂表面的温度在光照下往往可以达到数百摄氏度。施润说:“有的课题组为了所谓的‘创新性’就刻意隐藏实际的反应温度,声称为‘室温光催化’,这是非常不严谨的。”在他和团队的工作中,他们使用的光源是热效应很弱的 LED(Light-emitting diode,发光二极管)光源,实际的反应温度在 140℃ 左右。尽管如此,他们并没有对这一点进行隐藏,反而是针对温度对于催化反应的作用进行了深入研究。即便这样一来就不能被称为所谓的“室温光催化”,但是他们保证了研究成果的严谨性。最后,课题组在这样一个较低的反应温度下,获得了与传统热催化反应 500 ℃ 到 600℃ 相当的乙烷氧化脱氢性能,这也获得了同行评审专家的高度认可。“所以,我认为在这项研究中我最难忘的就是要始终保证科研成果的真实性、严谨性,不能为了所谓的‘震撼’效果而对研究成果进行过度的包装和夸大。”施润说。

6、最终,相关论文以《氧化锌负载的钯锌金属间纳米粒光催化乙烷氧化脱氢制乙烯》(Photocatalytic ethylene production by oxidative dehydrogenation of ethane with dioxygen on ZnO-supported PdZn intermetallic nanoparticles)为题发在 Nature Communications。

发布时间:2024/3/12 7:08:42 查看:131次

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