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催化剂助氢气轻松储存

作者:中国储能网新闻中心 来源:中国能源报 发布时间:2012-10-09 浏览:
     中国储能网讯:近日,有科学家正在研究高效、经济的储存氢气方法。他们想做的并不是将氢气压缩,然后装进大型容器中。相反,他们想到了利用大分子储存氢气。而当人们想要把储存的氢气从分子中释放出来利用时,就需要用到催化剂——这就是科学家此次研究的主要课题。
  来自美国能源部西北国家实验室的工作人员正一步步揭示由铑、硼以及其他原子簇组成的催化剂的特性。该催化剂能与硼烷氨发生化学反应,产生氢气。硼烷氨是一种能大密度储存氢的分子。
 
  西北国家实验室的化学家罗杰·卢梭与大家分享了他的想法。他说:“近期的一系列研究让我们逐步意识到在催化剂‘解救’被‘困’氢气的过程中哪一步是最艰难的。我们现在要做的就是改变这艰难的一步,让氢气‘越狱’变得更容易,从而优化催化剂结构。”
 
  在所有的催化剂中,正在界面催化剂研究所开展研究工作的化学家寄希望于一种以金属铑为基础的催化剂。虽然基本元素相同,但催化剂的结构却是千变万化,因此性能也会有天壤之别。为能找到最佳目标,使氢气产量达到最高,科学家们对不同结构的催化剂进行了实验。已经进行过测试的结构中包括四面体以及中间含4个铑原子的三棱锥结构。实验过程中,研究人员使用的是X射线吸收精细结构法(XAFS)。XAFS是一种光谱分析法,通过X射线处理测试催化剂的元素组成、分子内原子结构,以及化学、物理性质等。此外,美国能源部环境分子科学研究室的科学家也收集到了大量有关催化剂的数据。不过这些数据多而杂,需要大量的时间和精力进行分析才能为研究人员所用。为解决数据过多过杂的难题,研究人员希望通过计算机模拟出一个理论上能与所有数据相匹配的催化剂分子结构。
 
  为确保数据的真实性,研究人员将硼烷氨、催化剂结构的XAFS光谱分析和计算机模拟结合了起来。催化剂结构的化学性质以及实验室中得到的辅助数据帮助研究团队用图表精确描绘出了催化剂与硼烷氨反应的过程。研究人员表示,由于催化剂一直处于活跃状态,很难进行精确观察,但不可否认的是,目前用来测试的催化剂的性能很好。
 
  催化剂与硼烷氨的反应过程如下:首先,催化剂会找到硼烷氨分子中氢原子所在的位置。一个硼烷氨分子中含有一个氮原子,2个氢原子在其周围。然后,催化剂会将两个氢原子中的一个分离出来,这就是研究人员寻找的“解救”被“困”氢原子的过程中最艰难的一步。一旦有一个氢原子被分离出来,硼原子与剩余氢原子之间的结合就会变得极不稳定。这样一来,第三步就变得容易多了。最后一步也是最简单的一步,催化剂将剩余的氢原子分离,反应完成。被分离出来的氢原子可以应用于发动机或燃料电池之中,产生电力。
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关键字:催化剂 氢气 轻松

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