把氢燃料装到水里

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  《自然-化学》
  影响因子17.9(影响因子高,刊物学术水平强 )
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  从儒勒·凡尔纳以来,人类就幻想过以水之本,分解出氢气和氧气,前者作燃料,后者助燃,碳排放为零,无比环保。技术上,这一梦想已实现,现在使用氢能的方式,要么直接燃烧氢气,要么通过氢燃料电池的电化学转换。但是,应用领域的氢电池仍一直受到以下因素的桎梏:成本高、运输难、存储难。
  最近,权威期刊《自然-化学》(nature chemistry,)上出现了一个新创意—将氢气以液态甲酸的形式存储和运输。
  众所周知,以氢原子的特性,要将其变成液态,得在零下252.8摄氏度的超低温条件下实现。目前也只有火箭燃料才会用到如此昂贵的氢燃料,若要进入应用领域,此路不通。
  2011年1月,英国科学家曾宣布过另一个解决液态氢保存难题的办法,就是把高密度的氢挤压进极小的水珠,这样,不稳定的氢被高分子载体材料固定成无数“微珠”,以液态形状倒出或泵进油箱,可以成为安全的液态燃料。
  大西洋的另一边,美国布鲁克海文国家实验室(ONL)的科学家却突发奇想:自然界的催化剂酶,可以移动生物分子里面的质子与电子,那么有没有一种催化剂,可以改变氢气的状态呢。
  这个灵感的关键于此。
  首先,研究人员看中了甲酸,后者是是一种良好的储氢液体,在运输中比用低温储存氘(含一个质子,一个中子的氢)安全多了。通过氧化还原反应,甲酸中的氢从碳键中脱离出来,释放出氢气。这样你就可以获取并使用燃料电池中的氢气。
  但甲酸的化学性质决定了,如果没有正确的催化剂和环境,无法分解出高含量的氢(而得到其他副产物)。过去科学家用贵金属作催化剂,但成本很高。
  随后,在美国和日本科学家的合作下,他们终于找到一种带有特殊配体的铱基催化剂,配体是簇拥在中心金属原子周围的原子们。这些配体提升了催化剂释放质子的能力。
  在正确的条件下,铱基催化剂协助氢气与二氧化碳进行反应。实验很顺利,研究人员将氘和二氧化碳1比1混合,在室温下产生了甲酸。随后,研究人员增大溶液的PH值,并辅以高压,于是氢气产生了,而且没有诸如一氧化碳之类的有害副产物。
  客观地看,这是第一个以水溶液,将氢气和二氧化碳在常温常压下进行反应的氢燃料。因此,它可用在一切使用液烃(如汽油、柴油)的基础设施建设当中。
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