中國科學(xué)家催化產(chǎn)氫研究獲重大突破

中國科學(xué)家催化產(chǎn)氫研究獲重大突破

氫是一種能量密度很高的清潔可再生能源，但其存儲和輸運一直以來都是阻礙氫能大規(guī)模應(yīng)用的瓶頸。由北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院主導(dǎo)的科學(xué)團隊，采用鉑-碳化鉬雙功能催化劑實現(xiàn)對水和甲醇的高效活化，在低溫下獲得了極高的產(chǎn)氫效率。據(jù)稱，此催化體系有望作為下一代高效儲放氫的新體系得到應(yīng)用。

氫燃料電池是目前最具潛力的新一代能量提供系統(tǒng)之一，它將化學(xué)能高效轉(zhuǎn)化為電能，被廣泛用于航空航天、汽車等多領(lǐng)域。由于氫氣化學(xué)性質(zhì)活潑，氫氣的儲存就成為氫燃料電池應(yīng)用的關(guān)鍵。然而，目前氫氣的儲運技術(shù)仍存在安全性差、價格昂貴、存儲容量有限等問題。

針對這些不足，一種可能的解決方案是將氫氣存儲于液體甲醇中，通過水和甲醇的反應(yīng)放出氫氣供燃料電池使用，在釋放出甲醇中存儲的氫氣的同時也活化等摩爾的水而釋放出額外的氫氣。

為此，北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院馬丁課題組聯(lián)合來自中國科學(xué)院大學(xué)、中科院山西煤炭化學(xué)研究所、大連理工大學(xué)等多位研究人員，針對甲醇和水的液相制氫反應(yīng)的特點，采用鉑-碳化鉬雙功能催化劑實現(xiàn)了對水和甲醇的高效活化。

研究團隊發(fā)現(xiàn)，將碳化鉬負載的金屬鉑催化劑應(yīng)用于甲醇和水液相反應(yīng)，隨著溫度升高，催化劑表現(xiàn)出超高的產(chǎn)氫活性，較傳統(tǒng)催化劑提升了近兩個數(shù)量級。僅以產(chǎn)氫活性估計，該催化劑已基本達到商用車載燃料電池組的需求，僅需6克鉑即可使產(chǎn)氫速率達到每小時1公斤氫氣。

研究人員估測，以目前甲醇市場價格2600元/t計算，采用此路徑儲放氫氣，氫燃料電池汽車每百公里燃料價格僅需約14元，而加60～80 L甲醇可供家用小轎車行駛600～1000 km。

據(jù)悉，該研究成果目前已申請專利，并于近日發(fā)表于《自然》雜志上。該研究工作構(gòu)建了化學(xué)高效儲放氫的新體系，為以甲醇為儲氫介質(zhì)實現(xiàn)氫能的儲存和輸運提供了新的思路。德國萊布尼茨催化所所長、科學(xué)家馬蒂亞斯·貝勒評價，此項研究是在氫氣的存儲和輸送領(lǐng)域的一個“重大突破”，此類催化劑還有望在其他水相重整制氫過程，如生活廢水、乙醇等原料的催化產(chǎn)氫中發(fā)揮優(yōu)勢作用。