碳基催化剂催化有机液体氢载体脱氢研究进展

摘要

氢能是一种来源广泛、灵活高效的二次能源，同时也是一种重要的能源介质。目前，低成本、高密度的储氢技术被认为是制约氢能产业规模化发展的瓶颈。有机液体储氢具有质量储氢密度高、液体储运安全以及易于长距离运输等优势，受到研究者的广泛关注。然而，与发展相对成熟的加氢工艺相比，有机液体氢载体脱氢过程仍存在反应温度高、效率低等难题。解决上述问题的关键在于开发高效的脱氢催化剂。近年来，碳基催化剂因其具有活性组分高分散、碳载体组成结构及表面理化性质可调、导电导热性能优异等特点，在有机液体氢载体脱氢反应中表现出优异的反应性能。本文首先详细分析了以环己烷、甲基环己烷、十氢化萘、十二氢乙基咔唑等为代表的有机液体氢载体脱氢热力学、动力学及常用氢载体的理化性质，总结了活性炭、碳纳米管、碳纤维、还原氧化石墨烯等作为催化剂载体的独特优势，并从碳基催化剂结构特点、催化性能、构效关系及脱氢反应机理等方面进行归纳和分析。在此基础上，提出了有机液体储氢领域面临的主要挑战，展望了碳载体的改性及粉体成型、反应机理以及化工过程强化的研究是该领域未来发展的重要方向。

关键词

有机液体氢载体 / 催化脱氢 / 碳基催化剂 / 结构设计 / 构效关系

基金资助

国家重点研发计划“纳米科技”重点专项课题(2020YFA0210903); 国家自然科学基金(22225807,22021004,22109177); 物质绿色创造与制造海河实验室资助(CYZC202309); 第九届中国科协青年人才托举工程(2023QNRC001); 碳中和联合研究院自主基金(CNIF20230211,CNIF20230303,CNIF20240102)