2月27日，科技部基礎研究司與科技部基礎研究管理中心發(fā)布了2017年度中國科學十大進展。其中，由中科院山西煤炭化學研究所聯(lián)合北京大學、大連理工大學、中國科學院大學研究團隊研究的成果“實現(xiàn)氫氣的低溫制備和存儲”入選。
氫能被譽為下一代二次清潔能源，氫氣的存儲和輸運一直以來是阻礙氫能源大規(guī)模應用的瓶頸。特別地，氫燃料電池是最具潛力的新一代能量提供系統(tǒng)，它將化學能高效轉(zhuǎn)化為電能，被廣泛用于航空航天、汽車以及其他固定和移動能量提供體系中，但是氫氣化學性質(zhì)活潑，氫氣的儲存就成為氫燃料電池應用的關(guān)鍵。雖然豐田實現(xiàn)了氫燃料電池汽車的示范，而氫氣儲存在約120 升、壓力高達700公斤的鋼瓶，其安全性不容樂觀，并且城市內(nèi)加氫基礎設施建設亦存在一定隱患。此外，目前其他的氫氣儲放體系，或價格昂貴，或存儲容量有限。
針對這些不足，將氫氣存儲在甲醇中成為了科研人員所感興趣的解決途徑，甲醇能夠和水進行液相重整并原位釋放高質(zhì)量密度（18.8wt%）的氫氣，但傳統(tǒng)的甲醇蒸汽重整操作需要在相對較高的溫度（200-350 ℃）下進行，為實現(xiàn)高效并在溫和條件下制氫，突破氫氣的存儲和輸運瓶頸，亟待開發(fā)新型甲醇水重整高效催化體系。
針對甲醇和水液相制氫反應的特點，中科院山西煤化所研究員溫曉東課題組與北京大學化學與分子工程學院馬丁、大連理工大學石川、以及中國科學院大學周武等課題組合作，從實驗設計出發(fā)，結(jié)合理論計算,開發(fā)出新型原子級分散的鉑-碳化鉬雙功能催化劑，實現(xiàn)了在低溫下（150—190 ℃）高效的產(chǎn)氫效率。
溫曉東研究員介紹，原子級高度分散的特點能最大限度地提高貴金屬鉑的利用率，以產(chǎn)氫活性估計，僅需含有6克鉑的該催化劑即可使產(chǎn)氫速率達到1 kgH2/h，基本滿足商用車載燃料電池組的需求。以目前甲醇市場價格（2400元/噸）計算，采用此技術(shù)路徑儲放氫氣，氫燃料電池汽車每百公里燃料價格僅需約13元，而加60-80升甲醇可供家用小轎車行駛600-1000公里。
該研究工作構(gòu)建了新的化學高效儲放氫體系，為含碳資源高效清潔轉(zhuǎn)化利用提供了新的方向，實現(xiàn)了從含碳資源到無碳能源的高效溫和轉(zhuǎn)化，為氫能制備、存儲及安全利用提供了新的思路，并有望作為下一代高效儲放氫新體系得到應用。同時，該研究團隊在水煤氣變換產(chǎn)氫過程中也突破了低溫條件下高反應轉(zhuǎn)化率與高反應速率不能兼得的難題, 發(fā)展了基于Au/α-MoC的新一代催化過程。
該研究成果獲得了中組部青年千人計劃、中科院百人計劃、山西省百人計劃、山西省創(chuàng)新人才團隊及國家基金委等資助，并分別發(fā)表于《Nature》和《Science》。
