2月27日,科技部高技术研究发展中心在京召开新闻发布会,发布2017年度中国科学十大进展。“实现氢气的低温制备和存储”被列入其中。
实现氢气的低温制备和存储简介:
氢能被誉为下一代二次清洁能源,但氢气的高效制备以及安全存储和运输一直以来是阻碍氢能源大规模应用的瓶颈。由于甲醇可以安全运输,将氢气存储于液体甲醇中,通过水和甲醇低温液相重整反应原位产氢,在释放出甲醇中存储的氢气的同时也活化等摩尔的水而释放出额外的氢气,就成为氢能利用的可行途径。这种过程装置简单、耗能低,容易和车载或固定聚合物电解质膜燃料电池整合,而释放出的氢气占重比可达18.8%。
北京大学化学与分子工程学院马丁研究组与中国科学院山西煤化研究所温晓东以及大连理工大学石川等合作的研究表明,将铂单原子分散在面心立方结构的碳化钼(α-MoC)上制备的催化剂可用于甲醇的液相重整,在较低温度下(150—190摄氏度)能够表现出很高的产氢活性,可达每摩尔铂每小时产氢18,046 摩尔。这种优越的制氢能力远大于以前报道的低温甲醇重整催化剂(高出近两个数量级),其关键在于α-MoC突出的解离水的能力以及铂和α-MoC协同活化并重整甲醇的能力。同时,该研究团队在在水煤气变换产氢过程(CO+H2O=CO2+H2)中也突破了低温条件下高反应转化率与高反应速率不能兼得的难题, 发展了基于Au/α-MoC的新一代催化过程。
相关研究进展分别发表在2017年4月6日《自然》[Nature,544(7648):80—83]和2017年7月28日《科学》[Science, 357(6349):389—393]上。
上述研究进展被多家科学媒体报道并高度评价,美国化学会C&E News杂志和英国皇家化学会Chemistry World杂志分别以“氢能源:制备氢燃料新过程”和“新型催化剂点亮氢能汽车未来”为题进行了亮点报道,认为“随着此高活性催化体系的成功,把氢气存储于甲醇并在需要时重整释放的概念可能得到实际应用,这是氢能储存和输运体系的一个重大突破”。
据介绍:“中国科学十大进展”由科技部基础研究司、科技部高技术研究发展中心(基础研究管理中心)等部门组织开展,旨在深入落实实施创新驱动发展战略,充分发挥科技创新在全面创新中的引领作用,宣传科学、崇尚创新和追求卓越的科学创新精神。截至2018年2月已举办13届。中国科学十大进展遴选活动由科技部高技术研究发展中心主办,《中国基础科学》、《科技导报》、《中国科学院院刊》、《中国科学基金》、《科学通报》等5家编辑部协办。遴选工作分为推荐、初选和终选三个阶段,其中参与终选网络投票的包括中国科学院院士、中国工程院院士、国家重点实验室主任等2000余名专家。
附:近年的中国科学十大进展
2017年
一、实现星地千公里级量子纠缠和密钥分发及隐形传态
二、将病毒直接转化为活疫苗及治疗性药物
三、首次探测到双粲重子
四、实验发现三重简并费米子
五、实现氢气的低温制备和存储
六、研发出基于共格纳米析出强化的新一代超高强钢
七、利用量子相变确定性制备出多粒子纠缠态
八、中国发现新型古人类化石
九、酵母长染色体的精准定制合成
十、研制出可实现自由状态脑成像的微型显微成像系统
2016年
一、研制出将二氧化碳高效清洁转化为液体燃料的新型钴基电催化剂;
二、开创煤制烯烃新捷径;
三、揭示水稻产量性状杂种优势的分子遗传机制;
四、提出基于胆固醇代谢调控的肿瘤免疫治疗新方法;
五、揭示RNA剪接的关键分子机制;
六、发现精子RNA可作为记忆载体将获得性性状跨代遗传;
七、研制出首个稳定可控的单分子电子开关器件;
八、构建出世界上首个非人灵长类自闭症模型;
九、揭示胚胎发育过程中关键信号通路的表观遗传调控机理;
十、揭示水的核量子效应。
2015年
一、实现单光子多自由度量子隐形传态;
二、理论预言并实验验证外尔半金属的存在;
三、揭示埃博拉病毒演化及遗传多样性特征;
四、实现对反物质间相互作用力的测量;
五、探测到宇宙早期最亮中心黑洞质量最大的类星体;
六、发现东亚最早的现代人化石;
七、揭示人类原始生殖细胞基因表达与表观遗传调控特征;
八、解析细胞炎性坏死的关键分子机制;
九、研制出碳基高效光解水催化剂;
十、实现对单个蛋白质分子的磁共振探测。
2014年
一、阐明独脚金内酯调控水稻分蘖和株型的信号途径;
二、发现新生期心脏具有重新生成冠状动脉的能力;
三、提出并验证了一种既可提高产量又可降低环境成本的种植模式;
四、利用溶液法制备出高性能量子点发光二极管;
五、合成出具有空前硬度和热稳定性的纳米孪晶金刚石 ;
六、提出并证实极体移植可有效阻断线粒体遗传病的传递 ;
七、利用极体高通量测序结果精确推演出母源基因组信息;
八、证实青藏高原通过下部地壳物质流动和上部地壳沿断层块体滑移两种方式向东扩张;
九、利用纳米限域的单铁催化剂实现天然气直接制乙烯;
十、发现炎症性半胱天冬酶是胞内细菌脂多糖的先天免疫受体 。
2013年
一、中国科学家积极应对新发H7N9禽流感病毒取得重要进展;
二、在磁性拓扑绝缘体中观测到量子反常霍尔效应 清华大学;
三、利用原子力显微镜直接观测到分子间氢键;
四、北京谱仪Ⅲ观测到一种包含至少4个夸克的带电粒子;
五、小麦A基因组和D基因组草图绘制完成;
六、利用小分子化合物将小鼠体细胞诱导转化为多能干细胞;
七、合成出超硬纳米双晶立方氮化硼 ;
八、研发出一种兼具大弹性应变、低模量和高强度的相变金属纳米复合材料;
九、基于等离激元增强拉曼散射实现单分子化学成像;
十、发现星形胶质细胞多巴胺D2受体通过αB晶状体球蛋白抑制神经炎症。
2012年
一、神舟九号和天宫一号成功实现载人交会对接;
二、可扩展量子信息处理取得系列重要进展 中国科学技术大学;
三、阐明二叠—三叠纪之交生物大灭绝及其复苏模式和原因;
四、大亚湾中微子实验发现新的中微子振荡模式;
五、揭示两种天然产物靶向特异蛋白治疗白血病的机制;
六、证实单倍体孤雄干细胞具有可替代精子和快速传递基因修饰的能力;
七、生态学试验证实Bt转基因棉花种植可促进对害虫的生物控制;
八、解析出TAL效应蛋白特异性识别DNA的结构基础;
九、揭示营养匮乏引发细胞自噬的分子机制;
十、发现利用倒置结构可提高聚合物太阳能电池的能量转换效率。