通讯单位：莱布尼茨催化研究所，APEX Energy公司
全 速览
背景介绍
地球大气中的二氧化碳 (CO2)，作为温室气体，已从工业化前的 280 ppm（百万分之几）上升到 419 ppm。与此同时，全球的含碳化石燃料能源需求呈指数增长。因此，二氧化碳增值和二氧化碳零排放技术对于缓解全球变暖和相关的气候恶化至关重要。为实现这一目标，196 个国家/缔约方签署了 2015 年《巴黎协定》，并承诺在 2050 年左右实现二氧化碳净零排放。一般而言，实现碳中和有两种途径：通过转向替代能源技术来减少碳排放和平衡碳排放与碳使用。
在这种情况下，氢 (H2) 作为清洁替代能源载体的可行性研究，引起了越来越多的关注。因为它不仅可以从可再生资源中制备，例如通过电化学水分解，并且在燃料电池中只产生水和能量。然而，由于氢气在含氧混合物中的物理/爆炸特性，运输和储存氢气很麻烦。这种情况可以通过将氢气转化为固体或液体有机氢载体来解决，例如通过催化 CO2加氢。按照这一概念，除了甲醇和费托产物（烃）外，甲酸（HCO2H，FA）及其甲酸盐也很容易获得。与其他液态有机氢载体（图 1a）相比，两者都是稳定的化合物，可以在更温和的条件下按需储存和脱氢为 H2和 CO2，从而不受时间和地点的限制，将氢的储存和释放分开。需要注意的是，尽管 FA 中的氢含量（4.4 wt%）低于甲醇中的氢含量（12.6 wt％），氢气在甲醇中储存时，部分以水的形式被浪费，而甲酸则不然。总体而言，基于FA 的 H2储存和释放系统也可能受益于产生氢气中的 CO 含量（通常低于 10 ppm），这对于其在燃料电池中的应用很重要。
图 解析
图1. 基于甲酸的氢储存和释放示意图。a，在碱存在下，催化CO2加氢生成甲酸和脱氢生成 H2和 CO2的反应路径。b，本工作中描述的碳中性化学氢储存和释放的概念。化学氢的储存和释放是基于CO2、氨基酸（AA）、H2和FA的相互转化。
图 2. 均相锰配合物应用于 CO2加氢制 FA及其脱氢反应。加氢反应显示在图中左侧的绿色条下方，脱氢反应显示在右侧的粉红色条下方。
图 3. Mn-6 循环性能探究。a，b，Mn-6催化剂在CO2加氢制甲酸盐（a）和FA脱氢（b）中的可重复使用性能。
图 4. 利用赖氨酸和锰所促进的碳中性化学氢储存和释放循环。a,b, 使用 Lys 的碳中性储氢和释放示意图，包括从空气中捕获 CO2(a) 和基于 LysK 的、无需重新添加 CO2的简化储氢和释放系统 (b)。c,d，与使用 Lys 捕获 CO2相结合的H2储存-释放循环中的 H2析出；在每次循环的H2释放后，用纯 CO2（20bar 或 2bar）或空气重新添加CO2。使用 LysM (M=K, Na, Li) 释放H2，且无需重新添加 CO2(c)。用 5.0 mmol、20.0 mmol 和 90.0mmol LysK、且没有 CO2重新添加的扩大化 H2储存-释放循环中的 H2释放（d）。
图 5.机理研究。a、b，Young-NMR 管中的原位31PNMR 研究（f1：化学位移以 ppm 为单位）和所提出的由Mn-PN5PiPr配合物催化的CO2的可逆加氢循环过程。
总结与展望
声明
我们，订阅更多最新消息
“邃瞳科学云”直播服务
点分享
点收藏
点点赞
声明：本站部分 章内容系出于传递信息之目的源自于第三方 站转载，行业企业、终端用户投稿。若对稿件内容有任何疑问或质疑，请立即与本 站联系，本 站将迅速给予回应并第一时间做出处理（联系邮箱：jinwei@zod.com.cn）。