2019-06-11  來(lái)源：科技(jì)日報

　　近日，中國科學院固體(tǐ)物理(lǐ)研究所李越研究員課題組，運用簡單的兩步水(shuǐ)熱法，組裝成具有(yǒu)分級結構的異質全解水(shuǐ)催化劑。這種納米催化劑具有(yǒu)優異的全解水(shuǐ)活性，在較低(dī)的電(diàn)壓和(hé)電(diàn)流下持續工作(zuò)100小(xiǎo)時(shí)，沒有(yǒu)明(míng)顯的衰減，證明(míng)其穩定性非常好，為(wèi)開(kāi)發低(dī)成本、高(gāo)活性的雙功能電(diàn)解水(shuǐ)催化劑提供了有(yǒu)效的設計(jì)思路。
　　氫能經濟是20世紀70年代提出的可(kě)持續能源方案，以用之不竭的太陽光驅動，把水(shuǐ)分解為(wèi)氫氣和(hé)氧氣。而氫是一種清潔能源，燃燒生(shēng)成水(shuǐ)，不會(huì)産生(shēng)任何污染物。
　　“能否用水(shuǐ)制(zhì)氫來(lái)開(kāi)汽車(chē)”備受關注
　　化石能源制(zhì)氫、工業副産氫、電(diàn)解水(shuǐ)制(zhì)氫，是當前主流的三大(dà)制(zhì)氫路線。“制(zhì)氫的方法有(yǒu)很(hěn)多(duō)種，除了上(shàng)述三大(dà)技(jì)術(shù)路線，還(hái)有(yǒu)活潑金屬與水(shuǐ)反應、重整甲醇制(zhì)氫等，關鍵要看經濟性。”近日，中國科學技(jì)術(shù)大(dà)學化學與材料學院孟廣耀教授告訴科技(jì)日報記者。
　　我國作(zuò)為(wèi)世界第一産氫大(dà)國，年産能超過2000萬噸。煤、天然氣、石油等化石燃料生(shēng)産的氫氣占了将近70%，工業副産氣體(tǐ)制(zhì)的氫約占30%，電(diàn)解水(shuǐ)占不到1%。
　　人(rén)們更多(duō)關注的是“能否用水(shuǐ)制(zhì)氫來(lái)開(kāi)汽車(chē)”。除去前段時(shí)間(jiān)網上(shàng)談論的鋁粉還(hái)原制(zhì)氫外，近年來(lái)，重整甲醇制(zhì)氫逐漸進入人(rén)們的視(shì)野。
　　“這相當于把制(zhì)氫的過程從工廠移到了汽車(chē)上(shàng)。”孟廣耀告訴記者。他介紹，甲醇和(hé)水(shuǐ)的蒸氣進入重整室通(tōng)過高(gāo)溫（約250℃）反應後，最終産物是二氧化碳和(hé)氫氣，成分比例1∶3，但(dàn)氫氣中會(huì)摻雜着微量的一氧化碳。經過氣體(tǐ)提純後，高(gāo)純度的氫氣進入燃料電(diàn)池系統中，一氧化碳經過氧化後與二氧化碳一同排到大(dà)氣中。氫氣進入燃料電(diàn)池系統後，後續過程與普通(tōng)的燃料電(diàn)池汽車(chē)無異。
　　相比建設和(hé)運營加氫站(zhàn)網絡，甲醇重整僅需要在加油站(zhàn)的基礎上(shàng)增加甲醇水(shuǐ)加注功能，設備更換成本低(dī)，操作(zuò)方便，似乎更易讓人(rén)接受。但(dàn)是，甲醇重整過程得(de)到的氫氣包含一氧化碳等有(yǒu)毒氣體(tǐ)，需要提純并降溫（從超過200℃降到約80℃），這就要投入額外的設備。
　　“要應用到小(xiǎo)轎車(chē)上(shàng)，在裝置體(tǐ)積受限的情況下，輸出的功率是不夠的。另外，一氧化碳還(hái)是強氧化劑，極易使氫燃料電(diàn)池中的催化劑‘中毒休克’，從而減少(shǎo)燃料電(diàn)池堆的使用壽命。”孟廣耀說，甲醇重整燃料電(diàn)池汽車(chē)在帶來(lái)使用便利的同時(shí)，卻重新帶來(lái)了碳排放和(hé)尾氣問題，這似乎違背了使用氫能源的初衷。
　　新技(jì)術(shù)不斷湧現，實際應用尚需時(shí)日
　　“氫能時(shí)代”的大(dà)門(mén)半掩半閉，難以走進人(rén)們的生(shēng)活。對此，科學家(jiā)從未停止過努力，近年來(lái)我國科研人(rén)員的成果尤為(wèi)搶眼。
　　除去成本因素外，一個(gè)重要原因是氫氣的收集和(hé)存儲上(shàng)的諸多(duō)技(jì)術(shù)瓶頸。對此，中國科學技(jì)術(shù)大(dà)學羅毅教授領導的研究小(xiǎo)組于2017年7月提出了首個(gè)光解水(shuǐ)制(zhì)氫儲氫一體(tǐ)化的材料體(tǐ)系設計(jì)，相關成果刊登在《自然·通(tōng)訊》雜志(zhì)上(shàng)。
　　水(shuǐ)解制(zhì)氫的另一技(jì)術(shù)障礙在于催化劑的昂貴和(hé)低(dī)效。2019年4月，《自然·催化》雜志(zhì)以封面文章的形式，報道(dào)了中國科學技(jì)術(shù)大(dà)學吳宇恩教授課題組運用創新工藝，研制(zhì)出一種廉價、高(gāo)效的新型钌單原子合金催化劑。相比市場(chǎng)上(shàng)的商業钌基催化劑，這種新型催化劑的過電(diàn)位降低(dī)了大(dà)約30%，穩定性提高(gāo)了近10倍，為(wèi)推進“電(diàn)解水(shuǐ)制(zhì)氫”的工業化應用邁出重要一步。
　　2019年5月，浙江大(dà)學侯陽研究員團隊設計(jì)并開(kāi)發出一種廉價新型催化劑，可(kě)模拟光合作(zuò)用，将水(shuǐ)裂解制(zhì)備出氫氣。這種催化劑可(kě)将制(zhì)備成本降低(dī)80%以上(shàng)，将驅動反應的能量降低(dī)5%，具備工業級電(diàn)解水(shuǐ)制(zhì)氫的潛能。這項成果也發表于《自然·通(tōng)訊》雜志(zhì)。
　　“清華大(dà)學、上(shàng)海交大(dà)、大(dà)連化物所等單位此類世界級的成果也有(yǒu)不少(shǎo)，使得(de)氫能的高(gāo)效低(dī)成本應用路徑更加明(míng)晰起來(lái)。”孟廣耀表示，這些(xiē)實驗室的成果還(hái)需經曆技(jì)術(shù)成熟檢驗、工程化開(kāi)發，更需要規模應用場(chǎng)景、産業鏈和(hé)相關政策的配套，實際應用尚需時(shí)日。