碳中和研究进展论文

美国能源部艾姆斯实验室的科学家们和合作者开发的一种新的催化剂可从储氢材料中轻松而有效地提取氢气。 该过程在温和的温度和正常的大气条件下发生，不使用金属或添加剂。这一突破提供了一个有希望的新解决方案，解决了在运输和其他应用中采用氢燃料的一个长期挑战。

氢燃料是全美范围内努力减少对化石燃料依赖的一个潜在解决方案。根据美国能源部的说法，改善氢气储存是推进氢燃料电池技术的关键。在艾姆斯实验室，科学家齐龙和黄文宇研究了从一类被称为液体有机氢载体或LOHCs的材料中提取氢气。

储存氢气的方法之一是化学储存。化学储存依赖于与氢分子反应并将其储存为氢原子的材料，如LOHCs。这种储存方式允许在环境温度下将大量的氢气储存在小容量中。然而，为了使氢气发挥作用，需要有催化剂来激活LOHCs并释放氢气。这个过程被称为脱氢。

齐龙解释说，目前有其他脱氢方法，但它们提出了一些挑战。一些方法依赖于金属基催化剂，其中涉及关键的铂族金属。这些金属的供应是有限和昂贵的。其他方法需要添加剂来释放氢气。这些添加剂不能重复使用，并导致更高的整体成本，因为它们需要在每个循环中添加。

研究人员开发的催化剂不需要金属或添加剂。“它相当简单，”齐龙说。“基本上，只要把不含金属的催化剂添加到LOHC中，然后氢气就会冒出来，即使是在室温下。”

该催化剂由氮和碳组成。其效率的关键在于氮的结构。催化活动可以在室温下进行，因为在碳化过程中形成了独特的紧密间隔的石墨状氮原子作为氮气组件。氮气组件可以催化裂解LOHCs中的碳氢键，并促进氢分子的解吸。这个过程是使该催化剂比其他使用中的催化剂更有效的原因。

研究人员解释说，根据美国能源部的车辆技术目标，储氢能力需要接近。他们对其研究的前景持乐观态度，希望用容量更大的分子来实现这一目标。“这项研究将对减少二氧化碳排放的目标产生积极影响，”黄文宇说，“我们需要开发更有效的催化系统。”

2019年，运输业占美国整体二氧化碳排放量的29%，齐龙说，这一过程的便捷和高效可能会在未来使运输业受益。这些好处来自于使用LOHCs和像这样的催化剂的组合。与目前的技术相比，这种组合可以在更低的成本和更温和的条件下从存储中提取可用的氢气。更大的氢密度可以为氢燃料电池提供更大的电量，从而为车辆提供更远距离的动力。

两位研究人员都强调，这项研究是支持美国在2050年前实现碳中和的重要一步，因为它提供了一种简单而有效的方法来使低碳化合物脱氢。

这项研究在发表于《科学进展》的论文中得到进一步讨论。