中國科學(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)隊發(fā)表了氨基能源存儲與轉(zhuǎn)化新材料與新方法的進(jìn)展報告。
可再生能源的儲存和運輸是制約其大規(guī)模使用的關(guān)鍵因素。氨作為一種化學(xué)儲能載體，近年來逐漸受到學(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)，氨便于儲存和運輸，以及氨的合成及使用中的實踐經(jīng)驗等。
氨是能源或氫源載體，主要包括氨的綠色合成、氨的分離與儲運，以及氨的利用和轉(zhuǎn)化三個方面。該工作系統(tǒng)總結(jié)了近年來以“氨作為能源載體”為目標(biāo)開展的相關(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)勢及挑戰(zhàn)，重點介紹了(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，并對各種合成氨方式未來的研發(fā)思路進(jìn)行了評述。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，面臨的挑戰(zhàn)，以及在多相催化材料、電極材料開發(fā)方面的最新進(jìn)展，分別對各種氨利用方式在未來的研發(fā)思路進(jìn)行了評述。該工作還介紹了氨的分離、存儲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，共同解決氨基能源發(fā)展所面臨的難題。
陳萍團(tuán)隊長期從事儲氫材料和多相催化研究。近年來，在氨作為能源載體方面取得了系列進(jìn)展，先后提出“過渡金屬-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、國家自然科學(xué)基金委員會、中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會等的資助。
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