面向高效储氢的多孔矿物催化剂制备关键技术及应用.docx

面向高效储氢的多孔矿物催化剂制备关键技术及应用氢能作为一种清洁高效的新能源，由于其灵活高效、清洁低碳、应用广泛，正在成为全球争相发展的未来能源新星。常温常压下安全高效储氢是氢能产业链中的"卡脖子"技术难题。杨明/程寒松教授团队面向高效储氢关键技术及工程化应用，基于多孔矿物高比表面、酸性位点丰富等特点，采用理论计算与实验相结合的方法开发了一套高效催化剂设计方法及制备技术，实现了基于有机液体储氢材料的储供氢系统的重大突破。该团队采用DFT计算模拟从原子尺度分析矿物材料的微观结构与性质间的构效关系，采用理论计算构建了Al2O3.Sio2和AlSio三种矿物材料载体模型，将优化后的C6团簇分别吸附于优化后的载体切面上，得到优化后的Co/Ab03、CoSiO2和Co/AlSiO催化剂模型；进一步利用吸附模型，计算获得材料在载体表面的吸附能，为设计具有特定吸附活性的催化剂提供了指导，构建了基于纳米氧化铝、氧化硅矿物材料的高催化活性催化剂的理论设计方法。针对催化剂在加/脱氢反应中存在选择性不够高、催化剂易中毒等缺陷；同时，活性组分往往是贵金属，因此活性组分的分散程度极大程度上影响催化剂的活性与成本。团队选用具有高比表面的多孔纳米矿物材料为催化剂功能性载体，通过表面修饰、构建缺陷位等成功构建具有特殊表界面矿物材料的可控设计方法，获得具有极高比表面积、适量酸碱性官能团及适宜纳米孔尺寸的多孔矿物材料，开发出一系列高效金属合金一纳米氧化物矿物加/脱氢催化剂，部分双功能催化剂可同时实现有机液体储氢材料的循环催化加/脱氢，催化加脱氢过程稳定运行2000h,释放氢气纯度高达99.989%；同时基于筛选的多孔纳米矿物材料，成功合成出兼具催化活性、质子储存及导电能力的电极复合材料，该材料在W140.W3atmth的条件下对储氢分子的氢化率可达95%,在170,3小时内对氢化储氢分子的脱氢率达到100%,选择性为100%。整体形成了基于多孔矿物材料的高效催化剂制备的关键技术。项目成果首先在武汉氢阳能源有限公司进行工程转化，先后在中国船舶重工集团公司第七一二研究所、云南电网有限责任公司电力科学研究院、湖北三环专用汽车有限公司等多家企业推广应用，并开发了全球首台常温常压有机液体储氢燃料电池物流车"三环新氢卡"。湖北省技术交易所对成果高度评价："整体技术和产品性能达到了国际先进水平，其中有机液体储氢材料达到国际领先水平"，相关研究成果获得2021年湖北省技术发明二等奖。