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科技日報訊 （記者李大慶）目前工業(yè)上大規(guī)模制備氫氣離不開高溫高壓以及目標產(chǎn)物的提純。近日，我國科學(xué)家提出并實現(xiàn)了一種常溫常壓、高效率制備高純氫氣（>99.99%）的新策略。相關(guān)論文發(fā)表在最新一期的《自然·通訊》雜志上。
氫能源被視為21世紀最具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉?。目前，水汽變換（WGS）反應(yīng)（CO+H2O→H2+CO2）是工業(yè)上大規(guī)模制備氫氣的主要方法。WGS過程通常需要在高溫（180℃—250℃）和高壓（1.0兆帕—6.0兆帕）的條件下進行。除了苛刻的反應(yīng)條件，通過WGS反應(yīng)制得的氫氣往往含有約1%—10%的一氧化碳殘留及反應(yīng)產(chǎn)物二氧化碳和甲烷等，需要進一步分離純化才能進行下游的應(yīng)用。因此，發(fā)展更經(jīng)濟的、環(huán)境友好的方法，在溫和條件下直接制備高純氫氣是氫能源發(fā)展的迫切需求。
中科院大連化物所催化基礎(chǔ)國家重點實驗室研究員鄧德會團隊，經(jīng)過長期探索，結(jié)合電化學(xué)反應(yīng)原理，巧妙地將WGS的氧化還原反應(yīng)拆分為彼此分離的兩個“半反應(yīng)”，首次提出了一種能在常溫常壓下直接制備高純氫氣的電化學(xué)水汽變換概念：室溫電化學(xué)水汽變換（EWGS）反應(yīng)。在這個反應(yīng)中，一氧化碳在陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，生成的二氧化碳與電解質(zhì)氫氧化鉀進一步反應(yīng)生成碳酸鉀，避免了二氧化碳的排放；同時水在陰極直接被還原生成高純氫氣。陰陽兩極由陰離子交換膜分隔開，從而有效分隔兩極產(chǎn)物，因此從原理上避免了傳統(tǒng)WGS中氫氣需要分離提純的過程。 實驗結(jié)果顯示，通過對催化劑的設(shè)計和電極結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，EWGS反應(yīng)在常溫常壓條件下實現(xiàn)了99.99%的高純氫制備。這與傳統(tǒng)的WGS反應(yīng)完全不同，為低能耗生產(chǎn)高純氫氣提供了新思路。
