薄膜裝置能生產(chǎn)99%純度氫

■張巍巍

日本京都大學(xué)的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一種在薄膜裝置內(nèi)生產(chǎn)氫氣的新方法，可使制成的氫氣純度達(dá)到99%以上，省去制氫過(guò)程中額外的提純步驟。相關(guān)研究報(bào)告發(fā)表在近期出版的《應(yīng)用物理快報(bào)》上。

目前生產(chǎn)氫氣的方法很多，例如水電解和天然氣的蒸氣重整以及氨分解等。但利用上述方法制成的氫氣都會(huì)混合其他副產(chǎn)品或殘余廢氣，因此，制取之后的氫氣提純步驟一般必不可少。

由服部政志和野田佳等人組成的研究小組在幾十微米厚的薄膜上照射紫外線(xiàn)，用于生產(chǎn)氫氣。該薄膜由兩層組成，一層為二氧化鈦納米管陣列（TNA），可充當(dāng)氫氣制造的光催化劑；另一層為鈀 （Pd）薄膜，可起到氫氣提純的作用。

薄膜和分別位于其上、下的兩個(gè)隔間以及紫外線(xiàn)等，形成了反應(yīng)器的基礎(chǔ)。研究人員用渦輪分子泵傳送甲醇或乙醇等燃料，使之到達(dá)上層的隔間，隨后打開(kāi)紫外線(xiàn)。紫外線(xiàn)能引發(fā)光催化反應(yīng)，使燃料在上層隔間內(nèi)轉(zhuǎn)化成二氧化碳、甲醛和氫氣。當(dāng)制成的氫氣穿透薄膜，到達(dá)下層隔間時(shí)，其純度可達(dá)到99%至100%，無(wú)論使用甲醇還是乙醇均能達(dá)到這種效果。科研人員稱(chēng)，只有氫氣能穿透鈀薄膜層，進(jìn)入下層隔間，其他氣體將繼續(xù)留存在上層隔間中。他們希望由此研發(fā)出的新裝置能解決此前制氫時(shí)遇到的問(wèn)題，如可在室溫下運(yùn)行的小型薄膜反應(yīng)器，能夠?qū)崿F(xiàn)燃料電池的最小化和運(yùn)行的低能化，這有望應(yīng)用于移動(dòng)和實(shí)地的重整制氫系統(tǒng)等。

野田佳坦言，目前二氧化鈦納米管陣列和鈀組合的薄膜表現(xiàn)還不盡如人意，比如所制取的氫氣量相對(duì)較低，需要用鈀合金等金屬來(lái)代替鈀，以抑制氫氣的脆化等。從生產(chǎn)成本來(lái)說(shuō)，氫氣穿透的金屬厚度也有待降低。但研究團(tuán)隊(duì)還將不懈努力，從實(shí)際應(yīng)用角度出發(fā)，致力提升薄膜裝置的效能。