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研發(fā)新型催化劑 點亮氫能汽車未來

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氫能被譽為下一代二次清潔能源,但氫氣的存儲和輸運一直以來是阻礙氫能源大規(guī)模應(yīng)用的瓶頸。水分子是非常豐富的綠色氫源。那么如何讓水中取氫的反應(yīng)在更低溫、高效的發(fā)生,一直困擾著全世界的科研人員。

2010年,大連理工大學(xué)化工學(xué)院教授石川在分析一次實驗結(jié)果時,意外發(fā)現(xiàn)了一個新的立方碳化鉬材料,它在室溫就可以將水解離產(chǎn)生氫氣。“正是這個被認(rèn)為是亞穩(wěn)態(tài)的晶相,為黑暗中摸索前行的我們點燃了希望。”

之后,石川跟北京大學(xué)相關(guān)的團隊合作,經(jīng)過7年磨礪,研究成果“實現(xiàn)氫氣的低溫制備和存儲”榮獲“2017年度中國科學(xué)十大進展”。

“傳統(tǒng)的氧化物制氫是在較高溫下完成的,這就導(dǎo)致水的轉(zhuǎn)化率比較低。我們研發(fā)的新型催化材料是碳化物,可以在低溫的環(huán)境下從水中提取氫,產(chǎn)生氫氣。不僅大大提高了轉(zhuǎn)化率,而且提升了氫氣的純度。” 石川說。

該研究通過水和甲醇低溫液相重整反應(yīng)原位產(chǎn)氫,在釋放出甲醇中存儲的氫氣的同時,也解離了等摩爾的水而釋放出額外的氫氣,同時,甲醇便于運輸,因此,成為利用氫能的可行途徑。這種反應(yīng)裝置簡單、能耗低,容易車載或耦合于聚合物電解質(zhì)膜燃料電池中,且釋放出的氫氣重量占比達18.8%。這種“金蟬脫殼”的方法能夠有效地解決氫氣儲存、運輸及應(yīng)用的難題,也讓新型催化劑成為綠色轉(zhuǎn)型的中國名片。

石川說,如果說科學(xué)領(lǐng)域的發(fā)現(xiàn)有什么偶然機遇的話,那么這種偶然的機遇只可能留給那些有準(zhǔn)備的人,留給那些具有鍥而不舍精神的人,研究工作貴在堅持。

十余年來,石川面向我國能源和環(huán)境的重大戰(zhàn)略目標(biāo),開發(fā)新型催化材料和外場耦合催化反應(yīng)新過程。針對低濃度氣體污染物,建立并發(fā)展了“存儲-再生”循環(huán)凈化的新方法。從探究關(guān)鍵科學(xué)問題到解決實際應(yīng)用問題,在汽車尾氣和室內(nèi)空氣的凈化材料以及能源相關(guān)的小分子活化等研究方向上,取得了國內(nèi)外同行認(rèn)可的創(chuàng)新研究成果。

“我?guī)ьI(lǐng)團隊一直在探尋,如何將分子篩篩分分子的性質(zhì)用到氣體污染物凈化中,成為服務(wù)人類的治霾神器。分子篩非常智能,它可以選擇性地將某些氣體污染物富集存儲起來,那么難點就是如何原位消除富集的污染物,實現(xiàn)分子篩的循環(huán)再利用。目前,我們正與知名環(huán)保企業(yè)展開深度聯(lián)合攻關(guān),為守護藍天貢獻自己的科技力量。”石川說。

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