氫能的發(fā)展在我國(guó)能源轉(zhuǎn)型中具有重要作用。然而，一個(gè)巨大的瓶頸阻礙著它的廣泛應(yīng)用：我們手上有大量現(xiàn)成“粗氫”，卻難以高效、低成本地提純和儲(chǔ)存。近日，《自然·能源》在線發(fā)表了北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院馬丁教授與復(fù)旦大學(xué)朱義峰青年研究員、包信和教授團(tuán)隊(duì)合作的研究論文。該論文題為“A Catalytic Cycle that Enables Crude Hydrogen Separation, Storage and Transportation”，報(bào)道了在氫能領(lǐng)域取得的一項(xiàng)重要突破性研究成果。

該研究針對(duì)當(dāng)前氫能產(chǎn)業(yè)鏈中氫氣分離提純與安全高效儲(chǔ)運(yùn)的核心難題，提出并實(shí)現(xiàn)了一種全新的催化循環(huán)策略。研究團(tuán)隊(duì)利用丁內(nèi)酯-丁二醇之間的高效可逆轉(zhuǎn)化，成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)工業(yè)粗氫以及含氫弛放氣（工業(yè)生產(chǎn)中含氫的尾氣）中氫氣的一步高效分離與化學(xué)儲(chǔ)存。這一突破為解決能源社會(huì)轉(zhuǎn)型中氫能利用的關(guān)鍵瓶頸問(wèn)題提供了創(chuàng)新性的解決方案。

通過(guò)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)一種具有“反相”結(jié)構(gòu)的銅基催化劑，能夠精準(zhǔn)識(shí)別并活化粗氫氣中的氫氣分子進(jìn)行反應(yīng)，同時(shí)有效抑制氣氛中常見(jiàn)雜質(zhì)分子的干擾。基于此，成功地將粗氫中的氫氣直接轉(zhuǎn)化并儲(chǔ)存于液態(tài)有機(jī)分子——丁二醇中。當(dāng)需要純凈氫氣時(shí)，只需對(duì)該“液態(tài)儲(chǔ)氫載體”進(jìn)行溫和的催化脫氫反應(yīng)，即可釋放出高純度（完全不含CO和CO₂等雜質(zhì)）、滿足嚴(yán)苛使用要求的氫氣。

此項(xiàng)成果迅速獲得了國(guó)際學(xué)術(shù)界的高度關(guān)注與積極評(píng)價(jià)。美國(guó)《科學(xué)》雜志在其新聞欄目對(duì)該研究進(jìn)行了專(zhuān)題報(bào)道。報(bào)道指出，幾十年來(lái)，工業(yè)界一直宣揚(yáng)氫氣作為綠色燃料的潛力。雖然利用可再生能源電力將水分解為氫氣和氧氣能夠?qū)崿F(xiàn)清潔制氫，但這一過(guò)程成本依然過(guò)高。目前，每年約1億噸氫氣幾乎全部來(lái)自化石燃料，由于儲(chǔ)存和運(yùn)輸成本高昂，大部分氫氣只能在生產(chǎn)地附近就地消耗。該研究提出，通過(guò)有機(jī)液體儲(chǔ)氫體技術(shù)可有效解決氫氣儲(chǔ)運(yùn)難題，更重要的是，所開(kāi)發(fā)的廉價(jià)催化劑有望顯著提升全球?qū)Ω叱杀揪G色燃料的可及性，為氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供新的突破口。國(guó)際儲(chǔ)氫領(lǐng)域權(quán)威專(zhuān)家、德國(guó)埃爾朗根-紐倫堡大學(xué)、Hydrogenious公司創(chuàng)始人之一Peter Wasserscheid教授進(jìn)一步評(píng)價(jià)道：“這項(xiàng)成果是向前邁出的重要一步，為顯著降低氫氣生產(chǎn)成本鋪平了道路。”美國(guó)阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的儲(chǔ)氫專(zhuān)家Rajeev Assary博士也指出，該技術(shù)“具有規(guī)�；�的巨大潛力”。《自然·能源》同期也發(fā)表News &Views進(jìn)行專(zhuān)題報(bào)道。

精準(zhǔn)調(diào)控催化性能和反應(yīng)流程，實(shí)現(xiàn)粗氫分離與儲(chǔ)存一體化

論文通迅作者為朱義峰和馬丁。該研究工作獲得國(guó)家自然科學(xué)基金、北京市重點(diǎn)基金、騰訊基金會(huì)科學(xué)探索獎(jiǎng)、新基石研究員項(xiàng)目、北京分子科學(xué)國(guó)家研究中心等資助。
信息來(lái)源： 北大化學(xué)與分子工程學(xué)院