把氫燃料裝到水里

《自然-化學(xué)》

影響因子17.9（影響因子高，刊物學(xué)術(shù)水平強(qiáng) ）

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從儒勒·凡爾納以來，人類就幻想過以水之本，分解出氫氣和氧氣，前者作燃料，后者助燃，碳排放為零，無比環(huán)保。技術(shù)上，這一夢想已實現(xiàn)，現(xiàn)在使用氫能的方式，要么直接燃燒氫氣，要么通過氫燃料電池的電化學(xué)轉(zhuǎn)換。但是，應(yīng)用領(lǐng)域的氫電池仍一直受到以下因素的桎梏：成本高、運(yùn)輸難、存儲難。

最近，權(quán)威期刊《自然-化學(xué)》（nature chemistry，）上出現(xiàn)了一個新創(chuàng)意—將氫氣以液態(tài)甲酸的形式存儲和運(yùn)輸。

眾所周知，以氫原子的特性，要將其變成液態(tài)，得在零下252.8攝氏度的超低溫條件下實現(xiàn)。目前也只有火箭燃料才會用到如此昂貴的氫燃料，若要進(jìn)入應(yīng)用領(lǐng)域，此路不通。

2011年1月，英國科學(xué)家曾宣布過另一個解決液態(tài)氫保存難題的辦法，就是把高密度的氫擠壓進(jìn)極小的水珠，這樣，不穩(wěn)定的氫被高分子載體材料固定成無數(shù)“微珠”，以液態(tài)形狀倒出或泵進(jìn)油箱，可以成為安全的液態(tài)燃料。

大西洋的另一邊，美國布魯克海文國家實驗室（ONL）的科學(xué)家卻突發(fā)奇想：自然界的催化劑酶，可以移動生物分子里面的質(zhì)子與電子，那么有沒有一種催化劑，可以改變氫氣的狀態(tài)呢。

這個靈感的關(guān)鍵于此。

首先，研究人員看中了甲酸，后者是是一種良好的儲氫液體，在運(yùn)輸中比用低溫儲存氘（含一個質(zhì)子，一個中子的氫）安全多了。通過氧化還原反應(yīng)，甲酸中的氫從碳鍵中脫離出來，釋放出氫氣。這樣你就可以獲取并使用燃料電池中的氫氣。

但甲酸的化學(xué)性質(zhì)決定了，如果沒有正確的催化劑和環(huán)境，無法分解出高含量的氫（而得到其他副產(chǎn)物）。過去科學(xué)家用貴金屬作催化劑，但成本很高。

隨后，在美國和日本科學(xué)家的合作下，他們終于找到一種帶有特殊配體的銥基催化劑，配體是簇?fù)碓谥行慕饘僭又車脑觽?。這些配體提升了催化劑釋放質(zhì)子的能力。

在正確的條件下，銥基催化劑協(xié)助氫氣與二氧化碳進(jìn)行反應(yīng)。實驗很順利，研究人員將氘和二氧化碳1比1混合，在室溫下產(chǎn)生了甲酸。隨后，研究人員增大溶液的PH值，并輔以高壓，于是氫氣產(chǎn)生了，而且沒有諸如一氧化碳之類的有害副產(chǎn)物。

客觀地看，這是第一個以水溶液，將氫氣和二氧化碳在常溫常壓下進(jìn)行反應(yīng)的氫燃料。因此，它可用在一切使用液烴（如汽油、柴油）的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)當(dāng)中。