Neue Strategie ermöglicht schrittweise photounterstützte Zersetzung von Kohlenhydraten zu Wasserstoff

Wasserstoff (H2) als sauberer Energieträger kann durch Photoreformierung von Biomasse mit Solarenergie erzeugt werden. Für die zukünftige Veredelung von Biomasse verdient die Photoreformierung von Biomasse einen hohen Abbaugrad der Biomasse, um die H2-Produktion zu maximieren.

Kürzlich schlug ein Forschungsteam unter der Leitung von Prof. Wang Feng, Dr. Luo Nengchao vom Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS) in Zusammenarbeit mit Prof. Paolo Fornasiero von der Universität Triest vor, a „CC-Bond-First“-Strategie und realisierte Kohlenhydratumwandlung in flüssige C1-Wasserstoffträger (LHCs, bestehend aus HCOOH und HCHO) über Ta-CeO2-Photokatalysator. Die LHCs könnten vor Ort H2 freisetzen, das entweder durch Photo- oder Thermokatalyse benötigt wird.

Diese Arbeit wurde veröffentlicht in Joule am 31. Januar.

Derzeit ist das Haupthindernis für eine hohe H2-Ausbeute der weitaus unzureichende CC-Bindungsbruch, um Biomasse-Kohlenstoffe in CO2 umzuwandeln und die H2-Produktion zu maximieren.

In dieser Studie demonstrierten die Forscher die Bedeutung der priorisierten Spaltung von CC-Bindungen in Kohlenhydraten für die photokatalytische Wasserstoffproduktion und -speicherung.

Die vorgeschlagene Strategie „CC-Bindung zuerst“ betonte die vorrangige Umwandlung von Biomasse in flüssige C1-LHCs durch vollständiges Aufbrechen der CC-Bindungen. Ein synergistisches Ta-CeO2, das die Photo- und Wärmeenergie von Sonnenlicht nutzte, brach die CC-Bindungen von Kohlenhydraten vollständig auf und produzierte C1-LHCs, die HCOOH und HCHO mit Ausbeuten von 62 % bis 86 % enthielten.

Sie fanden heraus, dass während der photokatalytischen Oxidation von Kohlenhydraten die erhöhte Temperatur angepasst wurde, um die schädliche Radikalkopplung über das stark verzerrte Ta-CeO2 zu verhindern. Die resultierenden C1-LHCs, die transportiert werden konnten, setzten unabhängig von der Sonneneinstrahlung nur H2 und CO2 frei. Die Ausbeute an H2 aus Glucose war 33 %, viel höher als die der direkten Photoreformierung von Glucose.

„Diese schrittweise Methode wurde auch durch die photokatalytische Oxidation von Glukose vom Durchflusstyp unter konzentriertem Sonnenlicht veranschaulicht, die eine 15-prozentige Ausbeute an C1-LHCs aus Glukose über eine kumulative Bestrahlungszeit von 15,5 Stunden ermöglichte“, sagte Prof. Luo.