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美國開發出低成本高效新催化劑應用于制氫的水氣變換反應

[加入收藏][字號: ] [時間:2010-12-01 國際能源網 關注度:0]
摘要:  美國Tufts大學、Wisconsin-Madison大學和Harvard大學的研究團隊于2010年9月下旬宣布,開發出低成本高效新催化劑應用于制氫的水氣變換反應,將堿離子(鈉和鉀)添加到被吸附在氧化鋁或氧化硅少量的活性鉑上,應用于低溫...
  美國Tufts大學、Wisconsin-Madison大學和Harvard大學的研究團隊于2010年9月下旬宣布,開發出低成本高效新催化劑應用于制氫的水氣變換反應,將堿離子(鈉和鉀)添加到被吸附在氧化鋁或氧化硅少量的活性鉑上,應用于低溫水氣變換(WGS)反應(H2O+CO→ H2+CO2),可高效用于產氫。

  這一工作也顯示出應用于低溫Pt-催化的WGS反應(部分氧化的Pt-堿-O2類型),擁有新的活性中心。研究人員發現這種設計是高度有效的,而且成本低,這種催化劑負載在標準的、廉價的金屬氧化物載體上。

  據美國能源部統計,美國現需用氫氣約900萬噸/年,生產商通過天然氣蒸汽轉化方法占制氫量約95%,在催化過程中,蒸汽與甲烷反應產生合成氣(一氧化碳與氫氣)。

  在WGS反應中,從通過蒸汽重整產生的氫氣中去除剩余的一氧化碳,WGS反應是所有碳基燃料加工中的關鍵步驟,旨在用于生產和改質氫氣。工業中使用的WGS催化劑常規情況為以氧化鋅和氧化鋁為載體的銅基催化劑,這種銅基催化劑會被起火(當暴置于空氣中時會自發地著火)。

  在低溫燃料電池中應用,WGS催化劑必須是不可起火的,要在寬溫度范圍內呈現活性,并且在頻繁開停工操作循環時要穩定。為滿足這些要求,
研究人員考慮采用鉑族金屬作為替代。然而,鉑價格昂貴,必須使它以很細的顆粒分布在較高能的載體上,如稀士氧化物二氧化鈰上,它可有效地應用于低溫水汽變換反應。鈰是更豐富的稀土元素。

  Tufts大學的研究人員在低溫水汽變換反應中,用鈉可改進鉑的活性,甚至以惰性材料如二氧化硅為載體時。也發現,鈉或鉀離子有助于使催化活性中心穩定。

  新的催化劑僅含有微量鉑,有低溫下也有效。其結構為一系列有特定排布的少數原子組成的小的團簇,每一團簇由一個或幾個由氧、羥基和鉀原子的混合物包繞的鉑原子組成,并座落在標準的氧化鋁或氧化硅載體上。

關鍵字: 催化劑 制氫 變換反應 
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