山西一成果入围年度中国科学十大进展

科技部近日公布“2017年度中国科学十大进展”。氢气存储于甲醇并在需要时重整释放的技术——“实现氢气的低温制备和存储”位列第五。

实现氢气的低温制备和存储 指南

北京大学化学与分子工程学院马丁研究组与中国科学院山西煤化研究所温晓东以及大连理工大学石川等合作，针对甲醇和水液相制氢反应的特点，开发出新型原子级分散的铂-碳化钼双功能催化剂，实现了在低温下高效产氢效率。

氢被誉为下一代二次清洁能源，但氢气的高效制备以及安全存储和运输一直以来是阻碍氢能源大规模应用的瓶颈。

由于甲醇可以安全运输，将氢气存储于液体甲醇中，通过水和甲醇低温液相重整反应原位产氢，在释放出甲醇中存储的氢气的同时也活化等摩尔的水而释放出额外的氢气，就成为氢能利用的可行途径。这种过程装置简单、耗能低，容易和车载或固定聚合物电解质膜燃料电池整合，而释放出的氢气占重比可达18.8％。

北京大学化学与分子工程学院马丁研究组与中国科学院山西煤化研究所温晓东以及大连理工大学石川等合作的研究表明，将铂原子级分散在面心立方结构的碳化钼(α-MoC)上制备的催化剂可用于甲醇的液相重整，在较低温度下(150—190摄氏度)能够表现出很高的产氢活性，可达每摩尔铂每小时产氢18046摩尔。这种优越的制氢能力远大于以前报道的低温甲醇重整催化剂(高出近两个数量级)，其关键在于α-MoC突出的解离水的能力以及铂和α-MoC协同活化并重整甲醇的能力。

同时，该研究团队在水煤气变换产氢过程中也突破了低温条件下高反应转化率与高反应速率不能兼得的难题, 发展了基于Au/α-MoC的新一代催化过程。

中科院山西煤化所温晓东研究员介绍，原子级高度分散的特点是能最大限度地提高贵金属铂的利用率，以产氢活性估计，仅需含有6克铂的该催化剂即可使产氢速率达到1kgH2/h，基本满足商用车载燃料电池组的需求。以目前甲醇市场价格(2400元/吨)计算，采用此技术路径储放氢气，氢燃料电池汽车每百公里燃料价格仅需约13元，而加60升至80升甲醇可供家用小轿车行驶600公里至1000公里。

　　该研究工作构建了新的化学高效储放氢体系，为含碳资源高效清洁转化利用提供了新的方向，实现了从含碳资源到无碳能源的高效温和转化，为氢能制备、存储及安全利用提供了新的思路，并有望作为下一代高效储放氢新体系得到应用。

　　该研究成果获得了中组部青年千人计划、中科院百人计划、山西省百人计划、山西省创新人才团队及国家基金委等资助，并分别发表于《Nature》和《Science》。

上述研究进展被多家科学媒体报道并高度评价：

美国化学会C&E News杂志和英国皇家化学会Chemistry World杂志分别以“氢能源：制备氢燃料新过程”和“新型催化剂点亮氢能汽车未来”为题进行了亮点报道,认为“随着此高活性催化体系的成功，把氢气存储于甲醇并在需要时重整释放的概念可能得到实际应用，这是氢能储存和输运体系的一个重大突破。”

延伸阅读：

“中国科学十大进展”由科技部基础研究司、科技部高技术研究发展中心（基础研究管理中心）等部门组织开展，旨在深入落实实施创新驱动发展战略，充分发挥科技创新在全面创新中的引领作用，宣传科学、崇尚创新和追求卓越的科学创新精神。截至2018年2月已举办13届。中国科学十大进展遴选活动由科技部高技术研究发展中心主办，《中国基础科学》、《科技导报》、《中国科学院院刊》、《中国科学基金》、《科学通报》等5家编辑部协办。遴选工作分为推荐、初选和终选三个阶段，其中参与终选网络投票的包括中国科学院院士、中国工程院院士、国家重点实验室主任等2000余名专家。

附：2017年的中国科学十大进展

一、实现星地千公里级量子纠缠和密钥分发及隐形传态

二、将病毒直接转化为活疫苗及治疗性药物

三、首次探测到双粲重子

四、实验发现三重简并费米子

五、实现氢气的低温制备和存储

六、研发出基于共格纳米析出强化的新一代超高强钢

七、利用量子相变确定性制备出多粒子纠缠态

八、中国发现新型古人类化石

九、酵母长染色体的精准定制合成

十、研制出可实现自由状态脑成像的微型显微成像系统

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