适用于氢气低温制备与高效存储的催化新体系

氢气是一种具有极高能量密度的二次清洁能源,被认为最有可能替代现有的煤炭和石油等化石燃料作为未来人类社会赖以生存和发展的能源基础.以清洁、高效、无污染的氢循环代替目前对环境有严重威胁且日益枯竭的碳循环.在可预见的未来,全球主要国家将会加大氢能开发和利用的投入.尤其是伴随着我国能源体系的升级和新能源产业的快速发展,氢气作为高效的能量载体势必会成为未来清洁能源发展的主要方向之一.氢能应用循环主要包括3个环节,即(1)氢燃料的制备;(2)氢燃料的存储和输运;(3)氢燃料化学能到电能或其他形式能量的高效转变.结合国家能源战略及基础研究的需求,本研究团队近期在氢气的低温制备和存储方面取得了一定的研究成果.尤其是以α-MoC作为强相互作用载体制备的Au和Pt纳米催化剂,分别在低温水汽变换反应和液相甲醇水重整产氢反应方面取得了较为突出的研究成果.该研究成果为氢燃料的低温原位制备,氢燃料安全、高效的存储运输及大规模工业制氢过程的优化提供了新的思路.本文结合该领域近年来的国内外研究进展和本实验室的研究成果,简单介绍适用于工业化制氢过程的低温水汽变换过程和液相储氢新体系,并对未来该领域的发展提出一定的展望.     

氢气的低温制备和存储

氢气是一种具有极高能量密度的二次清洁能源,被公认为最有可能取代现有的煤炭和石油体系作为未来全球经济的能源基础。尤其是将氢气与质子交换膜燃料电池(PEMFCs)联用,将氢气的化学能高效转化为电能,用于航空航天、交通运输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,氢气的储存和输运成为氢燃料电池应用乃至整个氢能源体系的瓶颈。一种有效解决上述难题的方法是将氢气存储于高的氢质量含量液体燃料如甲醇中,在需要时通过水和甲醇的液相重整反应,原位释放氢气供燃料电池使用,而这一过程能够实现的关键在于高效甲醇水重整催化剂的开发。为克服这一难题,本研究团队有目的性的设计合成了一种铂—碳化钼双功能催化剂,在190℃时,催化产氢速率高达18,046 mol_(H2)/(mol_(Pt)×h),活性较传统铂基催化剂提升了两个数量级。该研究成果为氢气的低温制备、高效存储运输以及燃料电池的原位供氢提供了全新的思路。