新技術實現常溫常壓制備高純度氫氣

目前工業上大規模制備氫氣離不開高溫高壓以及目標產物的提純。近日，我國科學家提出并實現了一種常溫常壓、高效率制備高純氫氣(>99.99%)的新策略。相關論文發表在最新一期的《自然·通訊》雜志上。

氫能源被視為21世紀最具發展潛力的清潔能源。目前，水汽變換(WGS)反應(CO+H2O→H2+CO2)是工業上大規模制備氫氣的主要方法。WGS過程通常需要在高溫(180℃—250℃)和高壓(1.0兆帕—6.0兆帕)的條件下進行。除了苛刻的反應條件，通過WGS反應制得的氫氣往往含有約1%—10%的一氧化碳殘留及反應產物二氧化碳和甲烷等，需要進一步分離純化才能進行下游的應用。因此，發展更經濟的、環境友好的方法，在溫和條件下直接制備高純氫氣是氫能源發展的迫切需求。

中科院大連化物所催化基礎國家重點實驗室研究員鄧德會團隊，經過長期探索，結合電化學反應原理，巧妙地將WGS的氧化還原反應拆分為彼此分離的兩個“半反應”，首次提出了一種能在常溫常壓下直接制備高純氫氣的電化學水汽變換概念：室溫電化學水汽變換(EWGS)反應。在這個反應中，一氧化碳在陽極發生氧化反應，生成的二氧化碳與電解質氫氧化鉀進一步反應生成碳酸鉀，避免了二氧化碳的排放;同時水在陰極直接被還原生成高純氫氣。陰陽兩極由陰離子交換膜分隔開，從而有效分隔兩極產物，因此從原理上避免了傳統WGS中氫氣需要分離提純的過程。

實驗結果顯示，通過對催化劑的設計和電極結構的優化，EWGS反應在常溫常壓條件下實現了99.99%的高純氫制備。這與傳統的WGS反應完全不同，為低能耗生產高純氫氣提供了新思路。