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天然气作为非石油绿碳资源，其低碳烷烃分子中惰性C-H键的选择性活化与定向转化，既是催化科学的核心难题，也是能源化工绿色低碳转型的重要课题。乙烷是天然气和页岩气的重要组分，将其高效脱氢制取乙烯，可显著降低对石脑油蒸汽裂解路线的依赖，从而大幅减少能耗与碳排放。然而，非氧化乙烷脱氢反应受强吸热热力学限制，常规热催化需要在高温下运行，极易导致深度裂解和积碳，使催化剂迅速失活。将太阳能引入这一反应体系，利用光热协同效应突破热力学瓶颈，成为极具前景但仍充满挑战的前沿方向。

近日，真实庄闲游戏下载,真人庄闲游戏app下载（以下简称“上海高研院”）绿色碳科学团队在此领域取得了新进展。该团队提出利用可控高温氢气还原金红石型二氧化钛，构筑高密度非贵金属Ti³⁺-O路易斯酸碱对活性位点，在无需任何外部加热的条件下，由全光谱太阳能直接驱动非氧化乙烷脱氢制乙烯。相关论文以“Ti³⁺-O Acid-Base Pairs for Efficient Solar-Driven Photothermal Nonoxidative Ethane Dehydrogenation”为题，发表在Journal of the American Chemical Society上。

研究表明，经750 °C氢气还原处理的最优催化剂在全光谱太阳光照射下，乙烯生成速率可达392.0 mmol g^-1 h^-1，是未还原二氧化钛的1100余倍，乙烯选择性高达94.9%，打破了热力学平衡限制，综合性能显著超越此前报道的大多数催化体系。系统表征揭示，高温氢气还原在二氧化钛表面引入高浓度的配位不饱和Ti³⁺位点，并与邻近晶格氧共同构成路易斯酸碱对。Ti³⁺-O路易斯酸碱对显著增强了催化剂的全光谱光吸收能力和光生电荷分离效率，有效削弱了乙烯在催化剂表面的吸附强度，加速产物脱附，从源头上抑制了深度脱氢和碳沉积。光热协同效应使C-H键活化表观活化能从暗态下的157.6 kJ mol^-1降低至光照条件下的75.0 kJ mol^-1。波长依赖性实验进一步证实，红外光区主要贡献光热升温，而紫外-可见光区提供非热光激发，二者协同驱动反应，实现了远超纯热催化的性能。该工作清晰验证了以廉价易得的非贵金属氧化物构筑路易斯酸碱对，是协同利用太阳能与天然气资源，实现温和条件下C-H键高效活化转化的有效策略，为发展多能耦合制备高值化学品提高了新思路。

图1. Ti³⁺-O驱动太阳能光热乙烷转化制乙烯

论文第一作者为中国科真实庄闲游戏下载上海高研院博士生孙宇雯，通讯作者为龚坤副研究员和钟良枢研究员。该研究工作得到国家重点研发计划（2021YFF0500700）、国家自然科学基金（U22B20136, 22293023, 22402219）和煤液化气化及高效低碳利用全国重点实验室开放基金（SKL/SE-OF-202501）等项目的资助。

文章链接：https://doi.org/10.1021/jacs.6c08665