Sono‐Piezo‐Photosynthesis of Ethylene and Acetylene from Bioethanol under Ambient Conditions

乙烯 材料科学 乙炔 光催化 石墨烯 氧化物 纳米技术 化学工程 光化学 有机化学 催化作用 化学 工程类 冶金
作者
Yue Jiang,Jiajun Zhang,Hongyang Ma,Shujie Zhou,Hsun‐Yen Lin,Sajjad S. Mofarah,Mark Lockrey,Teng Lü,Hangjuan Ren,Xiaoran Zheng,Maichael Gunawan,Suchen Huang,Yu‐Chun Huang,Fenglin Zhuo,Dali Ji,Judy N. Hart,Yun Liu,Jyh Ming Wu,M. Ashokkumar,Danyang Wang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:35 (27) 被引量:10
标识
DOI:10.1002/adfm.202425784
摘要

Abstract The catalytic conversion of bioethanol to ethylene (C 2 H 4 ) and acetylene (C 2 H 2 ) offers a transformative approach to sustainable production of two industrial cornerstones for organic compound and polymer syntheses, thereby offering significant economic and environmental advantages. In contrast, current methods for the synthesis of these C 2 hydrocarbons rely on energy‐ and carbon‐intensive processes that require high temperatures and pressures. The present work addresses these limitations with a novel, low‐energy, bioethanol‐conversion strategy operating at room temperature and ambient pressure using sono‐piezo‐photocatalysts. A novel heterostructure of graphene oxide fragments (GO) and sodium bismuth titanate (NBT) within a core‐shell microstructure achieved outstanding C 2 H 4 and C 2 H 2 production rates of 134.1 and 55.5 µmol/g/h, respectively. The conversion mechanism is driven by (1) bubble collapse during ultrasound irradiation, generating localized high temperatures (≈4000 K) and pressures (≈100 MPa), and (2) piezo‐photocatalytic tuning of GO/NBT by enhanced charge separation and transfer. DFT simulations revealed detailed sono‐piezo‐photocatalytic conversion pathways, showing significant reductions in energy barriers for C 2 H 4 (22.0 kcal mol −1 ) and C 2 H 2 (48.0 kcal mol −1 ) formation. These findings emphasize the critical role of the catalyst in cleaving both C─H and C─O bonds effectively, leading to the desired product formation.
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