美国LLNL:加快氢燃料制造的效率

美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)开发出一种利用镍(Ni)纳米簇和氮化硼(BN)的2D基板从乙醇中提取氢的催化剂,该催化剂具有优异的选择性、生产性和稳定性。

该催化剂能够清洁且高效地促进从液体化学载体中除去氢原子的反应,且由廉价且储量丰富的金属制成,而不是以往使用的贵金属,有助于实现将氢能用作各种应用场景中的能源。

氢能可以为运输、发电、金属工业等多种经济部门提供附加价值,是不排放有害物质的清洁能源。氢能的储存与运输技术是可持续能源生产和燃料利用的桥梁,是实现氢经济的必要要素,但现有的储存与运输方法存在高成本和污染的问题,因此需要一种低成本且简单稳定的替代技术。

为了从液体载体中提取氢,贵金属催化剂是最有效的,但是存在高成本、原料稀缺和污染等问题。普通金属催化剂的效果和稳定性都很差,因此在氢气生产领域中的应用受到限制。

此次开发的催化剂不仅实现了高活性,也为在各种反应中利用合适的金属提供了广泛的借鉴。本研究是氢材料先进研究联盟(HyMARC)的一部分,由美国能源部(DOE)能源效率与可再生能源办公室(EERE)、氢燃料电池技术室提供资助。

纳米簇使材料的反应表面最大限度地暴露,但是容易发生凝集,因此抑制反应效率。通过在BN基板上制作原子级的凹陷,并将直径为1.5nm的Ni纳米簇层叠起来,解决了这个问题。Ni纳米簇在凹陷处均匀地分散并固定以避免凝集,而且由与Ni纳米簇的直接相互作用所产生的热和化学特性大大提高了催化剂的性能。

另外,已阐明该催化剂的高性能与其尺寸相关。露出的金属原子纳米簇与大尺寸的金属粒子相比更容易吸引液体载体,既避免了形成堵塞纳米簇表面的污染物,也减少了从载体中提取氢的化学反应步骤。通过在BN基板中引入缺陷并保持Ni纳米簇的微小尺寸,实现了上述优异的催化剂性能。

今后,研究人员将致力于进一步改善负载金属纳米簇的2D基板,并开发更高效的催化剂。


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