【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所能源催化轉(zhuǎn)化全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室太陽(yáng)能研究部(DNL16)李燦院士團(tuán)隊(duì)在生物質(zhì)資源化利用研究方面取得新進(jìn)展。團(tuán)隊(duì)發(fā)展了一種基于雙釩氧化還原電對(duì)的“離場(chǎng)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(xué)品是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)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(jìn)行，存在結(jié)焦產(chǎn)物及高耗能等缺點(diǎn)，同時(shí)會(huì)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(yīng)物在電極表面?zhèn)髻|(zhì)效率低導(dǎo)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(shí)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(lǐng)域待解的難題。
 

　　針對(duì)上述難題，研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地提出了“離場(chǎng)電催化”概念。該策略利用兩對(duì)釩基氧化還原電對(duì)作為“化學(xué)搬運(yùn)工”，將發(fā)生在電極上的反應(yīng)轉(zhuǎn)移至均相溶液中進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)了電荷轉(zhuǎn)移和化學(xué)反應(yīng)在空間上的分離。其中，陽(yáng)極產(chǎn)生的釩(V)電對(duì)可精準(zhǔn)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(duì)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(duì)在電化學(xué)池中再生，實(shí)現(xiàn)持續(xù)運(yùn)行。這一策略應(yīng)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(shì)：一是反應(yīng)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(jì)性；三是其反應(yīng)與再生元空間解耦的設(shè)計(jì)，可兼容現(xiàn)有化工設(shè)備(例如固定床反應(yīng)器、液流電池)，為大規(guī)模應(yīng)用提供了可行性驗(yàn)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(xué)工程雜志》(Chemical Engineering Journal)上。該工作的第一作者是中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所DNL16博士研究生屈曉雷。上述工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家自然科學(xué)基金委“人工光合成”基礎(chǔ)科學(xué)中心項(xiàng)目、大連科技人才創(chuàng)新項(xiàng)目等支持。(文/圖 屈曉雷)