浙江大学孙威博士针对Nature Energy发表的文章“Ethylene production via photocatalytic dehydrogenation of ethane using LaMn1−xCuxO3”作出评述。该评述文章“Surface frustrated Lewis pairs in perovskite enhance photocatalytic non-oxidative conversion of ethane”发表于中国工程院院刊能源分刊Frontiers in Energy。
乙烯是一种重要的商品化学品，也是消耗最多的烯烃基础原料。乙烯的传统生产方法主要是通过化石燃料驱动的乙烷蒸汽裂解进行，这种方法不仅能耗高，而且碳排放量大。表面受阻路易斯对（SLFPs）基于“受阻路易斯对”（FLPs）概念，在多相催化领域有重要的应用，相关催化剂包含多种金属化合物及MOFs等。它能活化多种小分子，在CO2还原应用中成果显著，但在光催化乙烷C−H活化领域的应用较少。
近期，苏州大学张晓宏教授、何乐教授与多伦多大学的Geoffrey A. Ozin教授等人首次将SFLPs应用于乙烷非氧化脱氢制乙烯，为SFLPs催化开辟了新方向。通过B位铜取代锰的钙钛矿材料（LaMn1−xCuxO3，LMCO）构建SFLPs，显著降低了反应活化能。实验表明，10%铜取代的LMCO-10样品因氧空位和羟基含量增加，形成协同的酸（Mn）-碱（Mn-OH）活性位点，乙烯产率高达1106.5 μmol/(g·h)，选择性达91%，远超未取代样品及表面沉积铜的催化剂。原位漫反射红外傅里叶变换光谱（DRIFTS）和固体核磁共振（1H NMR）验证了乙烷异裂活化机制，理论计算进一步揭示了光生电子与空穴分别定位于酸/碱位点，驱动β-氢被相邻的Mn位点提取，形成乙烯产物并释放H2的关键路径。尽管LMCO-10性能优异，积碳问题导致其稳定性不足，但光氧化再生可恢复大部分活性。技术经济分析显示，当前光催化乙烯成本（基于LED光源）高于市场价（0.7–1.5 $/kg），但优化光效和催化剂性能有望降低成本。研究不仅为乙烷高效转化提供了新策略，还拓展了SFLPs在CO2加氢、水分解等反应中的应用潜力。未来需聚焦抗积碳设计、高温稳定性提升及光热协同优化，以推动该技术向工业化迈进。该工作近期以“Ethylene production via photocatalytic dehydrogenation of ethane using LaMn1−xCuxO3”为题发表在国际顶级期刊Nature Energy上。
Abundant SFLPs sites enabled superior photocatalytic performance for ethane dehydrogenation
（丰富的表面路易斯酸碱对位点（SFLPs）赋予了乙烷脱氢反应卓越的光催化性能）
浙江大学（硅及先进半导体材料全国重点实验室）孙威博士应Frontiers in Energy邀请，对该工作撰写了评论文章。文章介绍了同构B-位点取代的镧铜锰氧化物钙钛矿（LaMn1−xCuxO3，LMCO）作为 SFLPs 的高效载体，具有性能优势。利用原位DRIFTS和固态1H NMR光谱和理论计算，明确了光激发下反应各步骤的机理，生成乙烯和H2。对其技术可行性和经济性进行分析，结果显示优化后的方案有望降低成本，提高商业可行性。最后对其进行展望：研究为钙钛矿中 SFLPs 作用提供见解，具有可持续性优势。但存在催化剂失活和高温稳定性问题，未来应改善反应器光学性能、提高光子-产物效率、开发抗积碳材料或工艺。该评论文章还指出了原文中未包含的信息：该工作虽然未强调“光热催化”的概念，但是实际使用的方法同时利用了光化学过程和光引发的热效应，或可为光热方法在更多低碳能源催化过程的应用提供借鉴。与此同时，该研究中制备SFLP的技术可以扩展到其他钙钛矿材料，甚至更具多功能性的氧化物，用于重要的化学转化过程。
文章引自《FIE能源前沿期刊》公众号
