新技术实现常温常压制备高纯度氢气

目前工业上大规模制备氢气离不开高温高压以及目标产物的提纯。近日，我国科学家提出并实现了一种常温常压、高效率制备高纯氢气(>99.99%)的新策略。相关论文发表在最新一期的《自然·通讯》杂志上。

氢能源被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源。目前，水汽变换(WGS)反应(CO+H2O→H2+CO2)是工业上大规模制备氢气的主要方法。WGS过程通常需要在高温(180℃—250℃)和高压(1.0兆帕—6.0兆帕)的条件下进行。除了苛刻的反应条件，通过WGS反应制得的氢气往往含有约1%—10%的一氧化碳残留及反应产物二氧化碳和甲烷等，需要进一步分离纯化才能进行下游的应用。因此，发展更经济的、环境友好的方法，在温和条件下直接制备高纯氢气是氢能源发展的迫切需求。

中科院大连化物所催化基础国家重点实验室研究员邓德会团队，经过长期探索，结合电化学反应原理，巧妙地将WGS的氧化还原反应拆分为彼此分离的两个“半反应”，首次提出了一种能在常温常压下直接制备高纯氢气的电化学水汽变换概念：室温电化学水汽变换(EWGS)反应。在这个反应中，一氧化碳在阳极发生氧化反应，生成的二氧化碳与电解质氢氧化钾进一步反应生成碳酸钾，避免了二氧化碳的排放;同时水在阴极直接被还原生成高纯氢气。阴阳两极由阴离子交换膜分隔开，从而有效分隔两极产物，因此从原理上避免了传统WGS中氢气需要分离提纯的过程。

实验结果显示，通过对催化剂的设计和电极结构的优化，EWGS反应在常温常压条件下实现了99.99%的高纯氢制备。这与传统的WGS反应完全不同，为低能耗生产高纯氢气提供了新思路。