德国波鸿鲁尔大学研发的新型催化剂可实现塑料的可持续生产, 并且还能够生成氢气作为潜在的清洁能源.
Dulce Morales, Steffen Cychy, Stefan Barwe, Dennis Hiltrop, Martin Muhler and Wolfgang Schuhmann.
图片来源: 德国波鸿鲁尔大学(RUB)
德国波鸿鲁尔大学 (RUB) 的化学家开发出一种用于生产塑料的低成本新型催化剂. 其能将生物精炼产品转变为合成塑料所用的原材料, 这将是目前广泛使用的PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)的可持续替代品; 同时, 在反应过程中也可以产生清洁能源氢气.
这项研究由来自波鸿电化学科学中心的Stefan Barwe博士和Wolfgang Schuhmann博士的团队在Martin Muhler博士的领导下与RUB实验室合作完成的. 研究人员于2018年7月9日在Angewandte Chemie上发表了这项研究.
'如果我们不再以原油为原料, 而是以不能用作食物的生物质为原料, 这样我们就朝着可持续化学行业迈出了一大步. ' Wolfgang Schuhmann说.
PET的替代品
在这项研究中, 波鸿的研究人员研发了一种镍硼化物催化剂, 因为它不含任何贵金属, 与许多其他催化剂相比, 更易于获得且价格较低. 其可以将生物精炼产品HMF(5-羟甲基糠醛)转化为FDCA(2,5-呋喃二甲酸). 'FDCA在工业上具有举足轻重的地位, 因为它可以加工成聚酯, 由此生产得到PET的替代品——PEF(2, 5-呋喃二甲酸乙二醇酯), 所有这些都是基于可再生原料, 即植物. ' Stefan Barwe解释道.
氢气的生成降低了能源消耗
在波鸿团队进行的测试中, 仅半小时内催化剂就能将98.5% 的原料HMF转化为FDCA, 而且没有其他副产物. '我们进一步设计催化剂, 使其在成功生成氢气的同时保证催化效率, ' Stefan Barwe介绍这是此项研究的另一个创新点. 因此, 研究人员还能够使用这种原材料生成氢气作为潜在的能源. 氢气一般通过电解从水中获得, 水电解还会产生氧气. 当研究人员在生产FDCA的同时收集氢气, 特意消除了氧气释放这一耗能的反应步骤.
反应机理
该研究团队还利用电化学方法和红外光谱对反应进行了进一步的阐述. 这是化学家们第一次能够实时追踪到具体是哪一中间产品将HMF转化为FDCA.