氢能社会
一种新型氢气提纯低温催化剂
2019/10/15 13:30:04
2304
来自美国塔夫茨大学、威斯康星大学麦迪逊分校和哈佛大学工程研究院的研究人员，近期展示了一种以原子尺度分散的铂催化剂在低温下的良好性能，这种催化剂适用于未来车载制氢的燃料电池车上。这一成果发表在9月24的《Science》上。
目前氢气大约95%来自天然气重整，但是实际使用要减少副产物一氧化碳，一般通过水煤气反应来实现。随着全球每年对于氢气需求的增加，据悉，美国每年对氢气的需求量大约为九百万吨，开发高效氢气提纯技术迫在眉睫。
工业中目前用于的氢气提纯的是铜基，氧化锌和氧化铝作为载体的催化剂。由于铜易于自燃，研究人员考虑使用铂作为替代物。然而铂非常昂贵，因此必须减小铂颗粒尺寸，同时负载在载体（例如稀土金属铈的氧化物）上。这样制成的催化剂在低温水煤气变换反应下具有更高的效率。
塔夫茨大学研究人员最初发现在水煤气变换反应中钠会改善铂的活性，其可以在如硅之类的惰性材料载体和低温条件下发生水煤气变换反应。他们进行了详细的结构研究，发现是因为外加的表面活性氧促使铂完成循环反应。他们还发现钠离子和钾离子可以帮助稳定催化活性位。
在随后的实验，他们在采用铈作载体的铂催化剂具有同样的催化剂性能。哈佛大学的合作者大卫贝尔使用托米奇高分辨率电子显微镜观察稳定铂团簇和在硅载体上的铂原子，确认新型催化剂与在铈载体上的铂催化剂发生相似的催化反应。
该小组通过组建原子尺度的量子力学模型，提出了关于使这种催化剂具有如此高的活性的更加现实的和有根据的理论，通过与实验结合，揭示了对特定的、非常重要的化学反应的一种新型的活性位。它是由几个铂原子组成的一系列的小型“簇”，每一个原子都是有特定的位置。每一个簇是由一个或者几个铂原子与周围的氧、羟基和钾原子组成，这些簇“坐在”标准的铝载体或硅载体上。
为了寻求应用于特定化学转换的更廉价的材料，该小组计划下一步确定该催化剂的催化机理。
