En solenergi-drevet bæredygtig proces til syntese af ethylenglycol fra methanol

Direkte fotokatalytisk kobling af methanol til ethylenglycol (EG) er yderst attraktiv. Den første metaloxid -fotokatalysator, en tantalbaseret halvleder, er rapporteret for præferenceaktivering af CH-bindinger i methanol til dannelse af hydroxymethylradikal (* CH ₂ OH) og efterfølgende C-C kobling til EG. Det nitrogendoterede tantaloxid (N-Ta ₂ O ₅ ) fotokatalysator er en miljøvenlig og meget stabil kandidat til fotokatalytisk kobling af methanol til EG.

Fremtidens fotokemi vil støtte menneskelig industri uden røg, og indvarsle en lysere civilisation baseret på udnyttelse af solenergi i stedet for fossil energi. Fotokemi er blevet brugt til at kontrollere mange reaktionsprocesser, især for de udfordrende reaktioner, der indeholder selektiv CH-aktivering og C-C-kobling i kemisk syntese. Det er af stor interesse, at en 'drømmekatalytisk reaktion' af direkte kobling af methanol til ethylenglycol (2CH) ₃ ÅH – HOCH ₂ CH ₂ OH + H ₂ , betegnet som MTEG) kunne opnås gennem de solenergidrevne CH-aktiverings- og C-C-koblingsprocesser, og denne MTEG-reaktion er endnu ikke opnået gennem termokatalyse.

Ethylenglycol (EG) er en vigtig monomer til fremstilling af polymerer (f.eks. poly (ethylenterephthalat), KÆLEDYR), og kan også bruges som frostvæske og brændstoftilsætning. Den årlige produktion af EG er mere end 25 millioner tons, som primært fremstilles af petroleumsafledt ethylen industrielt. Methanol er et rent platformskemikalie, som ikke kun traditionelt kan produceres af naturgas og kul, men er også blevet direkte syntetiseret fra biomasse og CO ₂ . Dermed, den solenergidrevne MTEG-rute giver en alternativ proces til bæredygtig syntese af EG og H ₂ fra methanol direkte med store attraktioner.

Selvom direkte fotokatalytisk kobling af methanol til EG er yderst attraktiv, de rapporterede fotokatalysatorer for denne reaktion er alle metalsulfid halvledere, som kan lide af fotokorrosion og have lav stabilitet. Dermed, udviklingen af ​​ikke-sul?de fotokatalysatorer til effektiv fotokatalytisk kobling af methanol til EG og H2 med høj stabilitet er presserende, men ekstremt udfordrende.

For nylig, et forskerhold ledet af prof. Ye Wang fra Xiamen University og Yanshan University, Kina rapporterede om den første metaloxidfotokatalysator, tantalbaseret halvleder, til foretrukken aktivering af CH-binding i methanol til dannelse af hydroxymethylradikal (* CH ₂ OH) og efterfølgende C-C kobling til EG. Sammenlignet med andre metaloxidfotokatalysatorer, såsom TNO ₂ , ZnO, INGEN ₃ , NB ₂ O ₅ , tantaloxid (Ta ₂ O ₅ ) er unik ved, at den kan realisere den selektive fotokatalytiske kobling af methanol til EG. Co-katalysatorfrit nitrogen-dopet tantaloxid (2%N-Ta ₂ O ₅ ) viser en EG-dannelseshastighed så høj som 4,0 mmol/g/h, omkring 9 gange højere end Ta ₂ O ₅ , med en selektivitet højere end 70 %. Den høje ladningsadskillelsesevne af nitrogendoteret tantaloxid spiller en nøglerolle i dets høje aktivitet for EG-produktion. Denne katalysator viser også fremragende stabilitet længere end 160 timer, hvilket ikke er blevet opnået i forhold til de rapporterede metalsulfidfotokatalysatorer. Tantalbaseret fotokatalysator er en miljøvenlig og meget stabil kandidat til fotokatalytisk kobling af methanol til EG. Resultaterne blev offentliggjort i Chinese Journal of Catalysis .