作者:马丁等 来源:《自然》 发布时间:2017/3/27 14:58:21
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催化产氢研究取得重要进展

 

氢能被誉为下一代二次清洁能源,但氢气的存储和输运一直以来是阻碍氢能源大规模应用的瓶颈。

北京大学化学与分子工程学院马丁课题组与中国科学院大学周武、山西煤化所/中科合成油工程有限公司温晓东以及大连理工大学石川等课题组合作,针对甲醇和水液相制氢反应的特点,采用铂-碳化钼双功能催化剂实现对水和甲醇的高效活化,在低温下(150-190oC)获得了极高的产氢效率。此催化体系有望作为下一代高效储放氢新体系得到应用。该研究成果已经在北京大学科技开发部支持下申请专利合作协定(Patent Cooperation Treaty,PCT),相关成果发表于3月23日的Nature上。

据悉,氢燃料电池是最具潜力的新一代能量提供系统,它将化学能高效转化为电能,被广泛用于航空航天、汽车以及其他固定和移动能量提供体系中,但是氢气化学性质活泼,氢气的储存就成为氢燃料电池应用的关键。目前,丰田的商业化氢燃料电池汽车的解决方案是使用容量约125L,压力高达700公斤的钢瓶进行储氢,但其安全性不容乐观,并且城市内加氢基础设施建设亦存在一定隐患。

此外,目前其他的氢气储放体系,或价格昂贵,或存储容量有限。针对这些不足,一种可能的解决方案是将氢气存储于液体甲醇中,通过水和甲醇的液相重整反应原位产氢供燃料电池使用,在释放出甲醇中存储的氢气的同时也活化等摩尔的水而释放出额外的氢气。

具体来说,该研究团队发现将面心立方结构的碳化钼负载的金属铂催化剂应用于甲醇和水液相反应,催化剂表现出超高的产氢活性,在150摄氏度就能以2,276 molH2/(molPt*h)的反应速率释放氢气,进一步提高温度至190摄氏度,放氢速率可达18,046 molH2/(molPt*h),较传统催化剂提升了近两个数量级。

仅以产氢活性估计,该催化剂已基本达到商用车载燃料电池组的需求,仅需6克铂即可使产氢速率达到1 kgH2/h。以目前甲醇市场价格(2400元/吨)计算,采用此路径储放氢气,氢燃料电池汽车每百公里燃料价格仅需约13元,而加60-80升甲醇可供家用小轿车行驶600-1000公里。该研究工作构建了化学高效储放氢新体系,为以甲醇为储氢平台分子经燃料电池转化为电能的利用途径提供了新的思路。

记者了解到,该团队将进一步优化体系的催化性能,同时积极推动产业化进程。(来源:科学网 崔雪芹)

 
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