新知 | 室温制氢？1/2+1/2>1
2019/2/17 8:00:00 中科院之声
今天我们的主角是下面这个小家伙
氢气
不要小瞧这个小家伙
它可是被视为21世纪
最具发展潜力的清洁能源呢!
因此
它的大规模制备是清洁能源发展的迫切需求
如下图所示
一氧化碳和水经水汽变换反应
得到氢气和二氧化碳
但是
该反应通常需要在高温高压的条件下进行
而且
这种方法制得的氢气往往含有
一氧化碳残留物及二氧化碳和甲烷
不过有了下面这种新策略
一切都变得简单了
这种新策略就叫做
室温电化学水汽变换反应
下面我们来分步解析一下这种超赞的新方法
超赞step1：两个1/2反应
中国科学家近期
将传统的水汽反应拆成两个“1/2反应”
并且分别设计成阴阳两极
一氧化碳在阳极生成二氧化碳
二氧化碳与电解质氢氧化钾进一步反应
生成碳酸钾
避免了二氧化碳的排放
水在阴极则被直接还原生成高纯氢气
超赞step2：中间加个膜
拆分成两个1/2反应后
科研人员在阴阳极间加了个膜
这一方法巧妙地分隔了两极的产物
避免了需要分离提纯的过程
超赞step3：筛个催化剂吧
科研人员在发现传统水汽变换反应的
催化剂对室温电化学水汽变换反应
贡献有限后
经过一系列筛选
发现铂(Pt)催化剂具有较优异的性能
超赞step4：让一氧化碳快点“飞”
为了提高反应速率
需要一氧化碳快速地扩散到铂催化剂表面
怎么让一氧化碳快点“飞”呢？
科研人员利用了一个疏水亲气的电极材料
来提高一氧化碳的扩散
超赞step5：铜兄弟来帮忙
CO在铂催化剂表面的吸附越强越好吗？
NO!
要把握一个“度”
不吸附无法反应
吸附过强会导致催化剂中毒
怎么办呢？
铜兄弟可是帮了大忙!
没有铜的时候
画面是这样的
有了铜
一切都变得不同了
这就是我们今天的“神奇”新方法
1/2+1/2>1的室温电化学水汽变换反应
实现室温常压下高效催化制备高纯氢气
这为低能耗生产高纯氢气提供了新思路!
注(高能部分)：该工作由中国科学院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室邓德会团队完成，首次提出并实现了一种高能量效率制备高纯氢气的新策略：室温电化学水汽变换；通过优化的PtCu催化剂，将阳极起始电位降低至接近0 V，显著低于电解水的阳极理论电位1.23 V，大大提高了能量利用效率。
室温电化学水汽变换反应实验装置示意图
来源：中国科学院大连化学物理研究所
http://weixin.100md.com
返回 中科院之声 返回首页 返回百拇医药