为了在未来几年内实施有效的氢经济,从煤和石油等来源生产的氢必须从其生产地点运输到最终用户,往往要经过很长的距离,以实现国家间成功的氢贸易。韩国科技学院(KIST)氢燃料电池研究中心的Hyuntae Sohn、Changwon Yoon和他们的团队宣布了一种新型纳米金属催化剂,其所含钌(Ru)含量减少了60%,钌是一种昂贵的贵金属,用于通过氨分解提取氢。


*钌是一种原子序数为44的金属,是一种坚硬、昂贵、银白色的铂族元素。


氨最近作为一种液体储存和传输介质出现,在长距离氢传输中表现出了良好的稳定性。在108kg H2/m3的情况下,液化氨(NH3)可以比液态氢多存储50%的氢气。当氨在高温下分解时,只产生氢和氮气体,二氧化碳排放量很小。由于目前全球每年生产超过2亿吨氨用于工业用途,其大规模储存和长距离运输的基础设施已经存在,可以简单地重新用于氢运输。

研究团队研发新型纳米金属催化剂 氨分解以节省氢气提高氢气提取效率

KIST研究人员开发的氨分解催化结构示意图

研究团队研发新型纳米金属催化剂 氨分解以节省氢气提高氢气提取效率

韩国技术研究院氢燃料电池研究中心的Hyuntae Sohn博士

研究团队研发新型纳米金属催化剂 氨分解以节省氢气提高氢气提取效率

KIST氢燃料电池研究中心的Changwon Yoon博士


然而,对大量热量的需求一直是一个紧迫的问题,阻碍了氨在氢运输和储存中的广泛应用。从氨中提取氢气的分解反应只能在需要高能量输入的高温下进行。在分解反应过程中加入固体粉末形式的催化剂,降低反应温度;然而,现有的钌金属基催化剂价格昂贵,稳定性低,需要定期更换。


KIST研究小组开发了一种氨分解制氢的催化剂钌金属颗粒和强烈受煅烧沸石在真空下,导致事实上的控制和纳米(一米的1000000000)钌金属颗粒在每个毛孔的沸石的支持。这种新型催化剂的氨分解性能是传统商业催化剂的2.5倍,并且只使用了40%的金属钌就达到了这一效率。由于存在纳米尺寸(或更小)的钌金属颗粒,并且在氨分解过程中即使在较高的反应温度下也能保持其稳定性,因此该催化剂的使用可以克服稳定性低的问题,这一问题严重限制了现有催化剂的商业化。


**沸石是硅和铝的混合氧化物,是一种通过纳米级孔隙连接的结晶矿物。它经常被用作催化剂载体,存在于一种结构中,在这种结构中,孔的大小在几纳米到几十纳米之间,这取决于类型。


开发的催化剂具有一个有利的结构,纳米大小的钌金属颗粒均匀地分布在沸石上,沸石是一种晶体矿物。因此,这种催化剂比之前报道的催化剂表现出了更高的性能和稳定性,并有望促进从氨生产高纯度氢气过程的商业化,KIST的Hyuntae Sohn博士说,基于氨的大容量氢运输的重要性正在迅速上升,发达国家在相关技术的开发和获取上竞争激烈。目前正在研发的氨分解大容量制氢催化剂的应用,将最终有助于氨衍生氢的商业化和国与国之间的大容量氢运输,昌元博士说。


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