近日，我所王峰研究員團(tuán)隊(duì)在生物質(zhì)制氫和柴油領(lǐng)域取得新進(jìn)展，相關(guān)成果發(fā)表在《自然-能源》(Nature Energy)上。

由于生物質(zhì)儲(chǔ)量大、年產(chǎn)量高且容易被氧化，因此光催化生物質(zhì)制氫是一種有潛力的制氫方式。目前生物質(zhì)制氫后通常被轉(zhuǎn)化成了組分更復(fù)雜，更難以解聚的產(chǎn)物而成為廢棄物，限制了生物質(zhì)制氫的應(yīng)用。因此，在制氫的同時(shí)，把生物質(zhì)選擇性地轉(zhuǎn)化成化學(xué)品或油品，將降低產(chǎn)物生成的成本，并實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)的完全利用。

該團(tuán)隊(duì)利用可見光催化無氫受體的脫氫C-C偶聯(lián)反應(yīng)(ADC)和自由基的共振特性，將木質(zhì)纖維素下游產(chǎn)物2-甲基呋喃和2,5-二甲基呋喃轉(zhuǎn)化為組分非常豐富的柴油前驅(qū)物(Diesel Fuel Precursors, DFPs)。該過程同時(shí)產(chǎn)生了同等量的氫氣，并可以在452nm波長取得最高15.2%的柴油前驅(qū)物量子產(chǎn)率。該柴油前驅(qū)物組分為呋喃類化合物，包含的碳數(shù)范圍為C10~C12和C15~C18，并同時(shí)含有直鏈和支鏈烷烴的前驅(qū)物，其中支鏈烷烴前驅(qū)物的選擇性約為41%。將該柴油前驅(qū)物加氫脫氧后可以得到相應(yīng)的烷烴組成的柴油。該合成柴油86%以上的組分為直鏈和帶一個(gè)支鏈的烷烴，與石油來源柴油中鏈烷烴結(jié)構(gòu)相近。實(shí)驗(yàn)表明，產(chǎn)生的氫氣可以單獨(dú)使用，也可以用于加氫脫氧反應(yīng)，從而減少該過程氫氣的使用。綜合原位X射線吸收光譜(XAFS)和理論計(jì)算等催化表征方法揭示了Ru摻雜ZnIn2S4中取代六配位In離子的Ru離子是提高光催化效率的主要原因。

該研究工作成功實(shí)現(xiàn)了生物質(zhì)制備氫氣和柴油，實(shí)現(xiàn)了生物質(zhì)的完全利用。此外，制備的柴油組分非常豐富，同時(shí)包含直鏈和支鏈烷烴。該工作提出了可持續(xù)碳資源和太陽能轉(zhuǎn)化為清潔能源(H2，柴油或煤油)的方式。該工作得到國家自然科學(xué)基金和中國科學(xué)院先導(dǎo)專項(xiàng)的資助。