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大连化物所实现常温常压制备高纯度氢气

来源:大连日报、科学网 更新:2019-01-30 18:17:15 作者: 浏览:383次

近日,中科院大连化物所催化基础国家重点实验室邓德会研究员团队首次提出并实现了一种高能量效率制备高纯氢气(>99.99%)的新策略:室温电化学水汽变换(EWGS)反应。相关结果全文发表在《自然-通讯》(Nat. Commun.)上。

目前,工业上大规模制备氢气的主要方法为水汽变换(WGS)反应,一方面,该反应过程条件苛刻,通常需要在高温(180℃~250℃)和高压(1.0~6.0MPa)的条件下进行。另一方面,WGS反应除了需要苛刻的反应条件,其反应产物往往含有约1%~10%的一氧化碳残留物,以及二氧化碳和甲烷等副产物,需要进一步的分离纯化才能进行下游的应用。

邓德会团队经过长期探索,结合电化学反应原理,巧妙地将WGS的氧化还原反应拆分为彼此分离的两个半反应,首次提出了一种能在常温常压下直接制备高纯氢气的电化学水汽变换概念。

在EWGS反应中,一氧化碳在阳极发生氧化反应生成二氧化碳,二氧化碳与电解质KOH进一步反应生成碳酸钾,这样避免了二氧化碳的排放;同时水在阴极直接被还原生成高纯氢气。并且巧妙地利用阴离子交换膜将阴阳两极分隔开,在保持溶液离子平衡的同时还能够分隔两极产物,从原理上避免了传统WGS反应中氢气需要分离提纯的弊端。

该团队还通过在催化剂中添加铜(Cu)合成铂铜(PtCu)催化剂,进而提高催化剂的活性和稳定性。在常温常压条件下实现99.99%高纯氢的制备并且达到接近100%的产氢法拉第效率。并通过与大连化物所苏海燕研究员等合作,通过理论计算的方法证明了Cu的引入可以有效减弱一氧化碳(CO)在铂(Pt)上的吸附,进而有效避免催化剂的中毒,实现该催化剂在EWGS反应中的高活性和高稳定性。

相比于传统的WGS反应,EWGS是一种完全不同的并可以在室温常压下进行的高效催化过程,这为低能耗生产高纯氢气提供了新思路。

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