【儀表網 研發快訊】氫能的發展在我國能源轉型中具有重要作用。然而，一個巨大的瓶頸阻礙著它的廣泛應用：我們手上有大量現成“粗氫”，卻難以高效、低成本地提純和儲存。近日，《自然·能源》在線發表了北京大學化學與分子工程學院馬丁教授與復旦大學朱義峰青年研究員、包信和教授團隊合作的研究論文。該論文題為“A Catalytic Cycle that Enables Crude Hydrogen Separation, Storage and Transportation”，報道了在氫能領域取得的一項重要突破性研究成果。
該研究針對當前氫能產業鏈中氫氣分離提純與安全高效儲運的核心難題，提出并實現了一種全新的催化循環策略。研究團隊利用丁內酯-丁二醇之間的高效可逆轉化，成功實現了對工業粗氫以及含氫弛放氣(工業生產中含氫的尾氣)中氫氣的一步高效分離與化學儲存。這一突破為解決能源社會轉型中氫能利用的關鍵瓶頸問題提供了創新性的解決方案。
通過設計開發一種具有“反相”結構的銅基催化劑，能夠精準識別并活化粗氫氣中的氫氣分子進行反應，同時有效抑制氣氛中常見雜質分子的干擾。基于此，成功地將粗氫中的氫氣直接轉化并儲存于液態有機分子——丁二醇中。當需要純凈氫氣時，只需對該“液態儲氫載體”進行溫和的催化脫氫反應，即可釋放出高純度(完全不含CO和CO2等雜質)、滿足嚴苛使用要求的氫氣。
此項成果迅速獲得了國際學術界的高度關注與積極評價。美國《科學》雜志在其新聞欄目對該研究進行了專題報道。報道指出，幾十年來，工業界一直宣揚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實現清潔制氫，但這一過程成本依然過高。目前，每年約1億噸氫氣幾乎全部來自化石燃料，由于儲存和運輸成本高昂，大部分氫氣只能在生產地附近就地消耗。該研究提出，通過有機液體儲氫體技術可有效解決氫氣儲運難題，更重要的是，所開發的廉價催化劑有望顯著提升全球對高成本綠色燃料的可及性，為氫能產業的發展提供新的突破口。國際儲氫領域權威專家、德國埃爾朗根-紐倫堡大學、Hydrogenious公司創始人之一Peter Wasserscheid教授進一步評價道：“這項成果是向前邁出的重要一步，為顯著降低氫氣生產成本鋪平了道路。”美國阿貢國家實驗室的儲氫專家Rajeev Assary博士也指出，該技術“具有規模化的巨大潛力”。《自然·能源》同期也發表News &Views進行專題報道。
精準調控催化性能和反應流程，實現粗氫分離與儲存一體化
論文通迅作者為朱義峰和馬丁。該研究工作獲得國家自然科學基金、北京市重點基金、騰訊基金會科學探索獎、新基石研究員項目、北京分子科學國家研究中心等資助。
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