金属元素在氢能利用过程中的作用

发布时间：2021-10-12 02:21

　　将金属元素分为主族、Ⅷ、镧系、其他d区等4个类别,综述了它们在氢气的生产、储存、氢燃料电池等3个氢能利用的主要过程中的作用。对现有研究结果的不完全统计表明,在元素周期表中除放射性金属元素之外的65种金属元素中,有46种金属元素以单质、合金、氧化物、盐等多种形式参与了氢能利用过程,包括作为载体、反应物、催化剂等,其中以铂系为代表的d区金属元素和以镧为代表的轻稀土金属元素应用最为广泛。 

【文章来源】：化学教育(中英文). 2020,41(08)北大核心

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

氢能利用过程的路线图

氢能应用最“简单粗暴”的方式就是通过氢内燃机、直燃机的燃烧直接用于发热和发电,但生产、运输和储存的成本使这种利用方式经济性较差。而如果能够将制氢、储氢装置小型化并与质子交换膜燃料电池(PEMFC)技术结合,就可以借助电化学反应将H2和O2直接转变成电能,构成如图2所示的制-储-用一体化氢燃料电池。氢燃料电池不涉及热机做功,也不受卡诺循环限制,有很高的转化效率和近于零的碳排放,高度适应未来越来越广泛的分散式、移动式能源需求,将成为氢能区别于其他能源的核心。

从本质上说,大部分利用太阳能的光催化水解制氢也是电化学过程,只是由光生电子代替了外加电流。图3显示了其基本原理及光催化电极的结构。在光催化水解制氢的3个基本步骤中,光照下的电子激发、电子-空穴对分离并迁移至表面均可在飞秒-皮秒时间尺度中完成,而水与电子或空穴反应生成H2和O2并脱离电极表面则慢得多(亚皮秒-微秒尺度),导致光生电子和空穴未及与水发生反应就会在电极上复合湮灭,不仅降低了反应效率,也会导致电极的自腐蚀、自分解[11]。因此,实用化的光催化水解制氢面临的核心问题依然是加快水分解生成H2和O2并脱离电极表面的速度,也就是分处2个电极上的析氢、析氧催化剂的开发。


本文编号：3431701