中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所氫能與先進(jìn)材料研究部復(fù)合氫化物材料化學(xué)研究組研究員陳萍、郭建平團(tuán)隊(duì)發(fā)表了氨基能源存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)化新材料與新方法的進(jìn)展報(bào)告。
可再生能源的儲(chǔ)存和運(yùn)輸是制約其大規(guī)模使用的關(guān)鍵因素。氨作為一種化學(xué)儲(chǔ)能載體，近年來(lái)逐漸受到學(xué)術(shù)界及產(chǎn)業(yè)界的關(guān)注，主要是由于氨的重要屬性，例如氨分子中不含碳元素，氨具有較高的儲(chǔ)氫量(17.6 wt%)、質(zhì)量能量密度(22.5 MJ/kg)和體積能量密度(11.5 MJ/L)，氨便于儲(chǔ)存和運(yùn)輸，以及氨的合成及使用中的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)等。
氨是能源或氫源載體，主要包括氨的綠色合成、氨的分離與儲(chǔ)運(yùn)，以及氨的利用和轉(zhuǎn)化三個(gè)方面。該工作系統(tǒng)總結(jié)了近年來(lái)以“氨作為能源載體”為目標(biāo)開(kāi)展的相關(guān)新方法和新材料方面的研究進(jìn)展，并討論和分析了這些過(guò)程中面臨的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。
在合成氨方面，該工作介紹了“綠色合成氨”的社會(huì)需求，以及不同合成氨方式(熱催化、化學(xué)鏈、光/電催化、等離子體催化)的優(yōu)勢(shì)及挑戰(zhàn)，重點(diǎn)介紹了(多相、電、光及等離子體)催化新材料、化學(xué)鏈載氮體等方面的進(jìn)展，并對(duì)各種合成氨方式未來(lái)的研發(fā)思路進(jìn)行了評(píng)述。在氨的利用與轉(zhuǎn)化方面，該工作闡述了氨能源利用的目標(biāo)，并從氨熱分解制氫、氨電氧化制氫、氨電解制氫、氨燃料電池和氨催化燃燒等方面，介紹了不同氨利用方式的優(yōu)勢(shì)，面臨的挑戰(zhàn)，以及在多相催化材料、電極材料開(kāi)發(fā)方面的最新進(jìn)展，分別對(duì)各種氨利用方式在未來(lái)的研發(fā)思路進(jìn)行了評(píng)述。該工作還介紹了氨的分離、存儲(chǔ)及消除所需的吸收與吸附材料方面的研究進(jìn)展。此外，該工作展望了氨基能源的研究前景，并指出未來(lái)的研究可能需要集合催化化學(xué)、光/電化學(xué)、材料科學(xué)、化學(xué)工程等領(lǐng)域的知識(shí)，共同解決氨基能源發(fā)展所面臨的難題。
陳萍團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期從事儲(chǔ)氫材料和多相催化研究。近年來(lái)，在氨作為能源載體方面取得了系列進(jìn)展，先后提出“過(guò)渡金屬-堿金屬亞氨基化物”復(fù)合氨分解催化劑(Angew. Chem. Int. Ed.，2015)、“過(guò)渡金屬-氫化物”雙中心合成氨催化劑(Nat. Chem.，2017;Angew. Chem. Int. Ed.，2017;J. Am. Chem. Soc.，2018)，并建立了金屬亞氨基化物作為載氮體的低溫化學(xué)鏈合成氨新體系(Nat. Energy，2018)。
該工作以Emerging Materials and Methods toward Ammonia-Based Energy Storage and Conversion為題，發(fā)表在Advanced Materials上。論文第一作者是博士生常菲和副研究員高文波。研究工作得到科技部、國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)、中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)等的資助。
評(píng)論