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高纯氢气制备又添新策略

2019-01-18 16:54:51



近日,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研究员邓德会团队首次提出并实现了一种高能效制备高纯氢气(>99.99%)的新策略——室温电化学水汽变换(EWGS)反应。

氢能源被视为本世纪最具发展潜力的清洁能源。目前,水汽变换(WGS)反应是工业上大规模制备氢气的主要方法,但过程通常需要在高温高压下进行。除了苛刻的反应条件,通过WGS反应制得的氢气往往含有约1%~10%的CO残留及反应产物CO2和CH4等,需进一步分离纯化才能在下游应用。

邓德会团队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,即EWGS反应。EWGS反应中,CO在阳极发生氧化反应,生成的CO2与电解质氢氧化钾进一步反应生成碳酸钾,避免了CO2的排放;同时水在阴极直接被还原生成高纯氢气。阴阳两极由阴离子交换膜分隔开,因此从原理上避免了传统WGS中氢气需要分离提纯的过程。

通过对催化剂的设计和电极结构的优化,该反应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。在此基础上,该团队与大连化物所苏海燕研究员等合作,通过理论计算发现,Cu的引入减弱了CO在Pt上的吸附,有效避免了催化剂的中毒,从而实现了该催化剂在EWGS中的高活性和高稳定性。相比于传统的WGS,EWGS是一种完全不同的、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。

(来源:中国化工报)