德國波鴻魯爾大學研發的新型催化劑可實現塑料的可持續生產, 並且還能夠生成氫氣作為潛在的清潔能源.
Dulce Morales, Steffen Cychy, Stefan Barwe, Dennis Hiltrop, Martin Muhler and Wolfgang Schuhmann.
圖片來源: 德國波鴻魯爾大學(RUB)
德國波鴻魯爾大學 (RUB) 的化學家開發出一種用於生產塑料的低成本新型催化劑. 其能將生物精鍊產品轉變為合成塑料所用的原材料, 這將是目前廣泛使用的PET(聚對苯二甲酸乙二醇酯)的可持續替代品; 同時, 在反應過程中也可以產生清潔能源氫氣.
這項研究由來自波鴻電化學科學中心的Stefan Barwe博士和Wolfgang Schuhmann博士的團隊在Martin Muhler博士的領導下與RUB實驗室合作完成的. 研究人員於2018年7月9日在Angewandte Chemie上發表了這項研究.
'如果我們不再以原油為原料, 而是以不能用作食物的生物質為原料, 這樣我們就朝著可持續化學行業邁出了一大步. ' Wolfgang Schuhmann說.
PET的替代品
在這項研究中, 波鴻的研究人員研發了一種鎳硼化物催化劑, 因為它不含任何貴金屬, 與許多其他催化劑相比, 更易於獲得且價格較低. 其可以將生物精鍊產品HMF(5-羥甲基糠醛)轉化為FDCA(2,5-呋喃二甲酸). 'FDCA在工業上具有舉足輕重的地位, 因為它可以加工成聚酯, 由此生產得到PET的替代品——PEF(2, 5-呋喃二甲酸乙二醇酯), 所有這些都是基於可再生原料, 即植物. ' Stefan Barwe解釋道.
氫氣的生成降低了能源消耗
在波鴻團隊進行的測試中, 僅半小時內催化劑就能將98.5% 的原料HMF轉化為FDCA, 而且沒有其他副產物. '我們進一步設計催化劑, 使其在成功生成氫氣的同時保證催化效率, ' Stefan Barwe介紹這是此項研究的另一個創新點. 因此, 研究人員還能夠使用這種原材料生成氫氣作為潛在的能源. 氫氣一般通過電解從水中獲得, 水電解還會產生氧氣. 當研究人員在生產FDCA的同時收集氫氣, 特意消除了氧氣釋放這一耗能的反應步驟.
反應機理
該研究團隊還利用電化學方法和紅外光譜對反應進行了進一步的闡述. 這是化學家們第一次能夠即時追蹤到具體是哪一中間產品將HMF轉化為FDCA.