制氢氨的下一代无碳能源技术

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无碳能源经济使用氢气作为一种清洁的能量来源一直是许多科学家的梦想因为氢经济在1970年代第一次被提出。氢气与氧气的反应产生的能源和水,使其成为理想的清洁能源。

然而,公共技术未能达到主流流行,可能由于氢的低能量密度和困难与处理气体有关。使用氢载体化合物如甲醇、甲酸、氨提出了克服这些问题。

氨是一种非常有前途的氢载体由于其成本相对较低,能量密度高,如果液化和易用性。直到现在使用氨氢载体是有限的,缺乏一个有效的过程分解氨氢和氮。

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由于氨分解的高吸热特性,生产的氢氨通常需要400°C的高温加上RuO等催化剂₂/洛杉矶₂O₃。

来自日本的一个研究小组已经发现了一种新的从氨生产氢的方法在室温下,这可能代表氢经济的进步。

图1所示。原理图的氨的氧化分解的催化循环。

最近的一篇文章中描述了新方法在科学进步。一个预处理RuO₂/γ-Al₂O₃被暴露在氨催化剂。然后氨吸附在催化剂表面,一个放热的过程导致的生产热量。

因此,催化床的温度增加,最终超过了氨的自燃温度,导致氧化分解的氨和氢气的生产过程(图1),第一作者,长冈博士说,方法是利用“一个简单的基本的物理化学过程,即吸附、反应操作以最小的能量输入。”

使用RuO的性能₂/γ-Al₂O₃RuO催化剂进行了比较₂/洛杉矶₂O₃催化剂进行预处理以同样的方式。虽然RuO₂/γ-Al₂O₃催化剂能够启动氨的氧化分解在不同的条件下,RuO₂/洛杉矶₂O₃氢催化剂无法产生任何不使用外部热源。

微量热法结合容积气体吸附分析仪用于揭示两个催化剂之间的差异。催化剂样品进行预处理在氦在300°C,然后冷却到50°C和疏散。接下来,11μmol氨逐渐添加到样品室,和微分热使用热流传感器检测。

氨的吸附热演化的RuO大得多₂/γ-Al₂O₃催化剂比RuO₂/洛杉矶₂O₃催化剂(图2)。Microcalorimtery能够成功地演示RuO的自热能力₂/γ-Al₂O₃催化剂在添加氨,结果表明当RuO₂/γ-Al₂O₃催化剂被暴露在氨,更多的热量进化是由于化学吸附在催化剂表面,增加和进一步的物理吸附层的氨气(图3)。

图2。总放热和数量的氨吸收吸附平衡压力的函数。

图3。RuO氨吸附的原理图₂/γ-Al₂O₃。

RuO的₂/γ-Al₂O₃催化剂被发现是稳定的,没有显著减少在制氢反应条件下100小时。此外,循环试验显示,终止反应,冷却,re-initiating反应导致没有损失的活动。

虽然还需要更多的研究来实现这种方法的利用氢能源应用,如燃料电池发动机、涡轮机,团队长冈博士评论说,“希望这有助于高效的发展,无碳能源生产,因此对全球能源和气候危机的解决方案。”

引用

长冈K。,Eboshi T., Takeishi Y., Tasaki R., Honda K., Imamura K., Sato K., Carbon-free H₂生产从氨与酸性室温RuO触发₂/γ-Al₂O₃催化剂。科学的进步,3 (4),2017年,e1602747。

大分大学。“发现一个简单的过程使用氨氢载体。”ScienceDaily. ScienceDaily, 29 April 2017.

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