2019-04-11 23:16:01
科学家发现自催化催化剂可用于大规模用于制氢

在NCCR MARVEL工作的研究人员发现了一种自愈催化剂,可用于通过氨硼烷的水解脱氢释放氢。催化剂SION-X以丰富的Jacquesdietrichite矿物为基础,具有可持续性,空气稳定性,易于再生,储存和处理。这些特征意味着它可以提供优于用于生产清洁和可再生能量载体氢的现有催化剂的显着优点。该研究发表在材料化学杂志上。

氢(H2)是一种清洁且可再生的能量载体,被认为是未来移动和固定应用的理想选择。然而,大规模使用需要安全有效地储存和释放H2,尽管对多个储氢系统进行了调查,但这仍然是一个挑战。

近年来,一些研究集中在硼 - 氮基(B-N)氢化物化合物上,因为它们能够储存和释放大量的H2。在这些化合物中,最简单的氨硼烷(AB)特别有前景,因为它不会在水中自身水解,它具有高H2含量,低分子量,无毒并且在两者中都具有特别高的稳定性。水溶液和空气 - 它在运输中的船上应用具有巨大的潜力。

在室温下水解已被证明是从AB释放氢的最良性和有效的方法,防止使用升高的温度或任何其它有毒和昂贵的溶剂。然而,通常需要催化剂来驱动AB的水解。虽然存在一系列能够有效地从AB释放氢的催化剂,但它们存在许多缺点。基于贵金属的那些是昂贵的,不可持续的,并且对于大规模应用是不可行的。非贵金属催化剂是空气敏感的并且易于氧化,因此需要特殊的处理和储存,并且难以再生。除此之外,在几个反应循环后,催化活性部分降低或甚至完全失效,例如,在富含地球的过渡金属的情况下。

这些缺点激发了由EPFL和NCCR MARVEL的Kyriakos C. Stylianou博士领导的研究人员试图寻找更好的催化剂。理想的候选者应该基于丰富的元素,空气稳定,易于再生,储存和处理。在所有这些优点中,研究人员认为再生或自我修复 - 催化剂在正常操作过程中自发修复的能力 - 是最具吸引力的。实际上,它对于实际应用至关重要,因为催化剂的稳定性与其经济可行性直接相关。

他们的新型,自我修复的可持续催化剂,在发现一种用于氨硼烷水解脱氢的自愈催化剂的论文中,似乎符合要求。被称为SION-X的催化剂是Jacquesdietrichite(Cu2 [(BO)(OH)2](OH)3)的合成形式,这种矿物首先在1999年在摩洛哥的Tachgagalt矿中发现。科学家们首先获得它将铜基金属有机骨架(MOF)和AB之间的反应残余物暴露于露天后,作为蓝色粉末。当他们在AB水解中使用SION-X时,他们在约45分钟内获得了超过90%的H 2转化率。在此过程中,它转化为铜(0)纳米颗粒。当将反应混合物暴露于空气时,SION-X的蓝色粉末自我愈合并由铜(0)纳米颗粒重整。他们能够进行10个催化再生循环,SION-X的活性保持不变。

这种自我修复过程,其中催化剂在露天中恢复其结构完整性而不施加热,压力或电偏压,对于延长催化剂的寿命非常重要,并使SION-X成为大规模使用的良好候选者。 AB的水解脱氢。

“在没有任何额外能量输入的情况下,SION-X的自我修复催化作用为能量相关应用的多相催化提供了新的视角,”研究人员说。

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