近日，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所王峰研究員團(tuán)隊(duì)聯(lián)合意大利里雅斯特大學(xué)Paolo Fornasiero教授等，在光催化氫氣異裂領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，成功實(shí)現(xiàn)了常溫條件下的氫氣異裂。相關(guān)成果于2025年9月5日發(fā)表在《科學(xué)》（Science）期刊上。

研究背景與意義

加氫反應(yīng)是化學(xué)工業(yè)中極為重要的一類反應(yīng)，約四分之一的化工過(guò)程涉及至少一步加氫反應(yīng)。氫氣異裂作為氫氣活化的一種機(jī)制，可生成高活性的極性氫物種（質(zhì)子和氫負(fù)離子），具有高反應(yīng)活性和對(duì)極性官能團(tuán)的選擇性加氫優(yōu)勢(shì)。然而，傳統(tǒng)氫氣異裂通常需要高溫高壓條件，能耗高且存在安全隱患。

研究創(chuàng)新點(diǎn)

本研究提出了一種全新的光催化策略，利用光生電子和空穴構(gòu)建空間鄰近的正負(fù)電荷中心，從而實(shí)現(xiàn)了常溫下的氫氣異裂。研究團(tuán)隊(duì)以金/二氧化鈦（Au/TiO）為模型催化劑，發(fā)現(xiàn)紫外光激發(fā)TiO后，光生電子可遷移至金納米顆粒上，而光生空穴則在金-氧-鈦界面缺陷處被捕獲，形成空間鄰近的束縛態(tài)電子-空穴對(duì)。這種結(jié)構(gòu)有效避免了電子-空穴復(fù)合，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了氫氣的高效異裂。

應(yīng)用驗(yàn)證與拓展

為驗(yàn)證該策略的實(shí)用性，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步將其應(yīng)用于惰性二氧化碳（CO）的還原反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)表明，在常溫下，該體系可將CO高效轉(zhuǎn)化為乙烷，產(chǎn)物選擇性高達(dá)99%，且催化劑可穩(wěn)定運(yùn)行超過(guò)1500小時(shí)。此外，該光催化氫氣異裂策略還可拓展至金/氮摻雜TiO、金/氧化鈰（Au/CeO）、金/釩酸鉍（Au/BiVO）等多種光催化劑體系，并可利用太陽(yáng)光實(shí)現(xiàn)CO加氫制乙烷，選擇性達(dá)90%。

研究展望

該研究不僅攻克了常溫氫氣異裂的科學(xué)難題，還為開(kāi)發(fā)低能耗、低排放的綠色化工過(guò)程提供了新思路。未來(lái)，研究團(tuán)隊(duì)將進(jìn)一步優(yōu)化反應(yīng)工藝，探索光與光熱耦合的工業(yè)化路徑，助力現(xiàn)代煤化工的升級(jí)轉(zhuǎn)型。