氮組裝催化lohc中碳-氫(C-H)鍵的裂解，促進氫分子的解吸。
美國能源部艾姆斯實驗室的一種新型催化劑及其合作者可以輕鬆高效地從儲氫材料中提取氫。該過程在溫和的溫度和正常的大氣條件下進行，不使用金屬或新增劑。這一突破提供了一個有希望的新解決方案，解決了在交通運輸和其他應用中採用氫燃料的長期挑戰。
在全國範圍內減少對化石燃料依賴的努力中，氫燃料是一個潛在的解決方案。根據對美國能源部來說，改善氫儲存是推進氫燃料電池技術的關鍵。在艾姆斯實驗室(Ames Laboratory)，科學家齊龍(Long Qi)和黃文宇(Wenyu Huang)研究了從一種被稱為液態有機載氫體(lohc)的材料中提取氫的方法。
儲存氫的方法之一是化學方法。化學儲存依賴於與氫分子反應並將其作為氫原子儲存的材料，例如在低碳水化合物中。這種儲存方式允許在環境溫度下以小體積儲存大量的氫。然而，為了使氫變得有用，需要催化劑來啟用低氧氯烴並釋放氫。這個過程叫做脫氫。
齊解釋說，目前有其他脫氫方法，但它們提出了一些挑戰。一些方法依賴於金屬基催化劑，其中涉及關鍵的鉑族金屬。這些金屬的供應既有限又昂貴。其他方法需要新增新增劑來釋放氫氣。這些新增劑不能重複使用，總成本較高，因為它們需要在每個迴圈中新增。
Qi和Huang開發的催化劑不需要金屬或新增劑。“這很簡單，”齊說。“基本上，只要把不含金屬的催化劑新增到LOHC中，氫氣就會跳出來，即使是在室溫下。”
這種催化劑由氮和碳組成。其效率的關鍵是氮的結構。由於在炭化過程中形成了獨特的緊密間隔的石墨氮作為氮組裝體，催化活性可以在室溫下進行。氮組裝催化lohc中碳-氫(C-H)鍵的裂解，促進氫分子的解吸。這一過程使催化劑比使用中的其他催化劑更有效。
齊和黃解釋說，基於美國能源部對汽車技術的目標，氫儲存容量需要接近6.5%的重量。他們對未來的研究持樂觀態度，以實現更大容量分子的目標。
“這項研究將對減少二氧化碳排放的目標產生積極的影響，”黃說，“我們需要開發更有效的催化系統。”
2019年，交通運輸業佔美國二氧化碳總排放量的29%。齊教授表示，這一過程的便利和高效，可能會在未來造福交通運輸業。這樣做的好處是結合使用低碳水化合物和這種催化劑。與目前的技術相比，這種組合可以以更低的成本和更溫和的條件從儲存中提取可用的氫。更大的氫密度可以為氫燃料電池提供更大的電荷，從而為汽車提供更長距離的動力。
齊和黃都強調，這項研究是支援國家到2050年實現碳中和的重要一步，它提供了一種簡單而有效的方法來脫氫氯烴。
本研究在胡海濤、聶雲清、陶躍文、黃文宇、戚龍、聶杜爾加人豐合著的《常溫無受體n雜環脫氫的無金屬碳催化劑》中進行了進一步的討論;發表在《科學進展》雜誌上。
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A “fairly simple” breakthrough makes accessing stored hydrogen more efficient | Ames Laboratory
FEBRUARY 10, 2022
