中国科学院大连化学物理研究在光催化氢..

近日，中国科学院大连化学物理研究所王峰研究员团队联合意大利里雅斯特大学Paolo Fornasiero教授等，在光催化氢气异裂领域取得重要进展，成功实现了常温条件下的氢气异裂。相关成果于2025年9月5日发表在《科学》（Science）期刊上。

研究背景与意义

加氢反应是化学工业中极为重要的一类反应，约四分之一的化工过程涉及至少一步加氢反应。氢气异裂作为氢气活化的一种机制，可生成高活性的极性氢物种（质子和氢负离子），具有高反应活性和对极性官能团的选择性加氢优势。然而，传统氢气异裂通常需要高温高压条件，能耗高且存在安全隐患。

研究创新点

本研究提出了一种全新的光催化策略，利用光生电子和空穴构建空间邻近的正负电荷中心，从而实现了常温下的氢气异裂。研究团队以金/二氧化钛（Au/TiO）为模型催化剂，发现紫外光激发TiO后，光生电子可迁移至金纳米颗粒上，而光生空穴则在金-氧-钛界面缺陷处被捕获，形成空间邻近的束缚态电子-空穴对。这种结构有效避免了电子-空穴复合，同时实现了氢气的高效异裂。

应用验证与拓展

为验证该策略的实用性，研究团队进一步将其应用于惰性二氧化碳（CO）的还原反应。实验表明，在常温下，该体系可将CO高效转化为乙烷，产物选择性高达99%，且催化剂可稳定运行超过1500小时。此外，该光催化氢气异裂策略还可拓展至金/氮掺杂TiO、金/氧化铈（Au/CeO）、金/钒酸铋（Au/BiVO）等多种光催化剂体系，并可利用太阳光实现CO加氢制乙烷，选择性达90%。

研究展望

该研究不仅攻克了常温氢气异裂的科学难题，还为开发低能耗、低排放的绿色化工过程提供了新思路。未来，研究团队将进一步优化反应工艺，探索光与光热耦合的工业化路径，助力现代煤化工的升级转型。