3月10日，記者從中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所獲悉，該所江河清研究員與德國漢諾威大學(xué)Caro教授合作開發(fā)了一種新型鈦基雙相混合導(dǎo)體透氧膜。相關(guān)成果近期發(fā)表在國際權(quán)威期刊《德國應(yīng)用化學(xué)》上(Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 5204-5208)。

與可再生能源電解水制氫技術(shù)相比，通過提純工業(yè)副產(chǎn)氫獲取燃料氫氣是現(xiàn)階段更為現(xiàn)實(shí)和價廉的制氫方式，有利于降低氫燃料電池的運(yùn)行成本。江河清介紹，燃料氫氣中微量CO雜質(zhì)的存在能夠快速毒化燃料電池催化劑，因此開發(fā)不含CO的氫氣(CO≦0.2ppm)制備技術(shù)成為氫能研究的一個重要方向。具有氧離子-電子混合導(dǎo)電性的致密陶瓷膜對氧氣的傳輸具有100%的選擇性，將高溫水分解反應(yīng)和工業(yè)副產(chǎn)氫燃燒反應(yīng)耦合在陶瓷透氧膜反應(yīng)器的兩側(cè)，低純氫氣的燃燒可以促進(jìn)陶瓷膜另一側(cè)水分解所生成氧氣的原位移除，從而可以高效地促進(jìn)水分解，直接獲得不含CO的氫氣，可作為燃料直接用于氫燃料電池。

在氫氣制備過程中前期報道的陶瓷透氧膜中的鈷和鐵離子易被深度還原，呈現(xiàn)出較差的化學(xué)穩(wěn)定性。近日，江河清與Caro合作開發(fā)的一種新型鈦基雙相混合導(dǎo)體透氧膜，相比于化學(xué)不穩(wěn)定的鐵基雙相膜，鈦基雙相膜材料在含有水蒸氣和高濃度氫氣氣氛下處理100小時仍然保持原有的相結(jié)構(gòu)和微觀形貌，表現(xiàn)出優(yōu)異的抗還原穩(wěn)定性。江河清介紹，該雙相透氧膜在還原氣氛下具有較好的透氧性能，作為膜反應(yīng)器可用于氫氣純化制備過程。在低純氫氣燃燒反應(yīng)驅(qū)動下，在膜反應(yīng)器的水分解反應(yīng)一側(cè)可以高效地獲取不含CO的氫氣。而且實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該鈦基雙相膜可以長時間穩(wěn)定運(yùn)行，膜材料在實(shí)際化學(xué)反應(yīng)條件下呈現(xiàn)出較好地穩(wěn)定性，其氫氣產(chǎn)率為0.25 m3 h-1 m-2。江河清表示，該工作解決了在還原性氣氛下陶瓷膜材料穩(wěn)定性差的問題，促進(jìn)了陶瓷膜制氫技術(shù)的發(fā)展。(王健高 劉佳 賈露建 )