摘要：2025年1月24日，上海交通大学周宝文副教授、华中师范大学余颖教授、北京大学王新强教授和新加坡国立大学鸥鹏飞在国际顶级期刊Nature Communications发表题为《Surface-hydrogenated CrMnOx coupled with G

光驱动的生物乙醇脱水为可持续生产乙烯提供了有吸引力的前景。

2025年1月24日，上海交通大学周宝文副教授、华中师范大学余颖教授、北京大学王新强教授和新加坡国立大学鸥鹏飞在国际顶级期刊Nature Communications发表题为《Surface-hydrogenated CrMnOx coupled with GaN nanowires for light-driven bioethanol dehydration to ethylene》的研究论文，Zhouzhou Wang、Haotian Ye和Yixin Li为论文共同第一作者，周宝文副教授、余颖教授、王新强教授和鸥鹏飞为论文共同通讯作者。

周宝文，上海交通大学副教授、博士生导师，国家重点研发计划青年首席科学家。2010年在华南理工大学获学士学位，2013年在中国科学院大学获硕士学位，2016年在中国科学院化学研究所获博士学位，2017-2018年在加拿大麦吉尔大学从事博士后研究，2020年在美国密歇根大学安娜堡分校继续从事博士后研究。

周宝文副教授致力于面向碳中和未来的能源器件-系统-解决方案，开展绿氢和可再生燃料，化学储能和下一代电池技术，以及废弃物资源化利用的研究。

余颖，华中师范大学教授，博士生导师，华中师范大学物理科学与技术学院下属纳米科技研究所所长。1996年在大连理工大学获硕士学位，2000年在南开大学获博士学位，之后来到华中师范大学从事教学和科研工作，期间于2003-2007年分别在香港中文大学、美国普林斯顿大学和美国波士顿学院从事博士后和访问研究工作。

余颖教授目前正在研究纳米结构材料的制备及其在能源存储与转换等领域的应用。

王新强，北京大学教授，教育部长江特聘教授，国家杰青。分别于1996和2002年在吉林大学获学士和博士学位，2002-2008年在日本千叶大学和日本科学技术振兴机构从事研究工作。

王新强教授主要从事宽禁带半导体材料、物理与器件研究。

在本文中，表面氢化的CrMnOx与GaN纳米线耦合（GaN@CMO-H），用于光驱动乙醇脱水制乙烯。通过一系列实验和计算研究，作者提出了一种表面氢化机制，以揭示GaN@CMO-H上的乙醇脱水途径。

此外，与GaN和GaN@CMO相比，GaN@CMO-H通过改变速率可以显著降低C2H5OH转换成C2H4的反应能垒。

因此，表面氢化GaN@CMO-H的乙烯生产活性高达1.78 mol gcat-1 h-1，每摩尔CrMnOx乙烯的周转数高达94769摩尔乙烯。

该研究为可持续生产乙烯提供了一条新途径，仅需生物乙醇和阳光，不需要使用化石燃料。

图1：所制备纳米结构的物理和化学表征

图2：不同结构的X射线光电子能谱表征和电荷密度分布分析

图3：光驱动乙醇脱水生成乙烯的性能

图4：在GaN@CMO-H上光驱动乙醇脱水生成乙烯的原子和光谱学研究

图5：密度泛函理论（DFT）计算

图6：表面氢化GaN@CMO-H上乙醇脱水示意图

综上，作者首次在硅基底上实现了表面氢化的二元Cr-Mn氧化物与GaN纳米线的耦合，用于光驱动生物乙醇脱水生成乙烯。

在4 W cm-2的强光照射下，组装结构GaN@CMO-H生成的反应速率为1.78 mol gcat-1·h-1，每摩尔CrMnOx乙烯的周转数高达94769摩尔乙烯。

原位光谱表征、同位素标记和控制实验以及密度泛函理论计算揭示了，在分子水平上，二元CrMn氧化物的表面氢化性质在能量上有利于断裂C2H5-OH中的C-O键。

更重要的是，C2H5-OH中的C-O键解离释放出的羟基中间体被CMO-H的表面氢消耗，生成了H2O。

CMO*的脱氢位点可以通过乙基自由基（•C2H5）进一步去质子化来恢复，从而形成C2H4合成的催化循环，并且显著降低了反应能量。

该研究提出了一条新的光驱动生物乙醇转化为C2H4的途径，有望实现化学原料之外的重要燃料的可持续生产。

Wang, Z., Ye, H., Li, Y. et al. Surface-hydrogenated CrMnOx coupled with GaN nanowires for light-driven bioethanol dehydration to ethylene. Nat. Commun., (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-56277-z.

来源：华算科技