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我所发表氨基能源存储与转化新材料与新方法的进展报告

  近日,我所氢能与先进材料研究部复合氢化物材料化学研究组(DNL1901)陈萍研究员、郭建平研究员团队发表了氨基能源存储与转化新材料与新方法的进展报告。

  可再生能源的储存和运输是制约其大规模使用的瓶颈。氨作为一种化学储能载体,近年来逐渐受到学术界及产业界的广泛关注。这主要是由于氨具有一些非常重要的属性,例如氨分子中不含碳元素,氨具有较高的储氢量(17.6 wt%)、质量能量密度(22.5 MJ/kg)和体积能量密度(11.5 MJ/L),氨便于储存和运输,以及人们在氨的合成及使用方面具有非常成熟的实践经验等。

  氨作为能源或氢源载体,其内涵主要包括氨的绿色合成、氨的分离与储运,以及氨的利用和转化三个方面。近年来,世界上许多国家政府、研究机构及知名企业对此进行积极部署,取得了诸多新进展,许多新材料与新方法不断涌现。本工作系统总结了近年来以“氨作为能源载体”为目标开展的相关新方法和新材料方面的研究进展,并对这些过程所面临的科学挑战和机遇进行了分析和讨论。

  在合成氨方面,该工作先容了当前“绿色合成氨”的社会需求,并分别先容了不同合成氨方式(热催化、化学链、光/电催化、等离子体催化)所具有的优势及存在的挑战,重点先容了(多相、电、光及等离子体)催化新材料、化学链载氮体等方面的研究进展,并对各种合成氨方式未来的研发思路进行了评述。在氨的利用与转化方面,该工作阐述了氨能源利用的目标,并从氨热分解制氢、氨电氧化制氢、氨电解制氢、氨燃料电池和氨催化燃烧等方面,先容了不同氨利用方式的优势,面临的挑战,以及在多相催化材料、电极材料开发方面的最新研究进展,分别对各种氨利用方式在未来的研发思路进行了评述。该工作还对氨的分离、存储及消除所需的吸取与吸附材料方面的研究进展进行了先容。此外,该工作对氨基能源的研究前景进行了展望,并指出未来的研究可能需要集合催化化学、光/电化学、材料科学、化学工程等领域的常识,共同解决氨基能源发展所面临的难题。

  陈萍团队长期从事储氢材料和多相催化研究。近年来,在氨作为能源载体方面取得了系列研究进展,先后提出了“过渡金属-碱金属亚氨基化物”复合氨分解催化剂(Angew. Chem. Int. Ed.,2015)、“过渡金属-氢化物”双中心合成氨催化剂(Nat. Chem.,2017;Angew. Chem. Int. Ed.,2017;J. Am. Chem. Soc.,2018),并建立了金属亚氨基化物作为载氮体的低温化学链合成氨新体系(Nat. Energy,2018)。

  该工作以“Emerging Materials and Methods toward Ammonia-Based Energy Storage and Conversion” 为题于近日发表在《先进材料》(Advanced Materials)上。该工作的第一编辑是DNL1901的2017届常菲博士和高文波副研究员。该工作得到科技部、自然基金委、中科院青促会等项目资助。(文/图 高文波)

  文章链接:https://doi.org/10.1002/adma.202005721

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