美國能源部艾姆斯實驗室的科學家們和合作者開發的一種新的催化劑可從儲氫材料中輕鬆而有效地提取氫氣。該過程在溫和的溫度和正常的大氣條件下發生，不使用金屬或添加劑。這一突破提供了一個有希望的新解決方案，解決了在運輸和其他應用中採用氫燃料的一個長期挑戰。
氫燃料是全美範圍內努力減少對化石燃料依賴的一個潛在解決方案。根據美國能源部的說法，改善氫氣儲存是推進氫燃料電池技術的關鍵。在艾姆斯實驗室，科學家齊龍和黃文宇研究了從一類被稱為液體有機氫載體或LOHCs的材料中提取氫氣。
儲存氫氣的方法之一是化學儲存。化學儲存依賴於與氫分子反應並將其儲存為氫原子的材料，如LOHCs。這種儲存方式允許在環境溫度下將大量的氫氣儲存在小容量中。然而，為了使氫氣發揮作用，需要有催化劑來激活LOHCs並釋放氫氣。這個過程被稱為脫氫。
齊龍解釋說，目前有其他脫氫方法，但它們提出了一些挑戰。一些方法依賴於金屬基催化劑，其中涉及關鍵的鉑族金屬。這些金屬的供應是有限和昂貴的。其他方法需要添加劑來釋放氫氣。這些添加劑不能重複使用，並導致更高的整體成本，因為它們需要在每個循環中添加。
研究人員開發的催化劑不需要金屬或添加劑。“它相當簡單，”齊龍說。“基本上，只要把不含金屬的催化劑添加到LOHC中，然後氫氣就會冒出來，即使是在室溫下。”
該催化劑由氮和碳組成。其效率的關鍵在於氮的結構。催化活動可以在室溫下進行，因為在碳化過程中形成了獨特的緊密間隔的石墨狀氮原子作為氮氣組件。氮氣組件可以催化裂解LOHCs中的碳氫鍵，並促進氫分子的解吸。這個過程是使該催化劑比其他使用中的催化劑更有效的原因。
研究人員解釋說，根據美國能源部的車輛技術目標，儲氫能力需要接近6.5%。他們對其研究的前景持樂觀態度，希望用容量更大的分子來實現這一目標。“這項研究將對減少二氧化碳排放的目標產生積極影響，”黃文宇說，“我們需要開發更有效的催化系統。”
2019年，運輸業佔美國整體二氧化碳排放量的29%，齊龍說，這一過程的便捷和高效可能會在未來使運輸業受益。這些好處來自於使用LOHCs和像這樣的催化劑的組合。與目前的技術相比，這種組合可以在更低的成本和更溫和的條件下從存儲中提取可用的氫氣。更大的氫密度可以為氫燃料電池提供更大的電量，從而為車輛提供更遠距離的動力。
兩位研究人員都強調，這項研究是支持美國在2050年前實現碳中和的重要一步，因為它提供了一種簡單而有效的方法來使低碳化合物脫氫。
這項研究在發表於《科學進展》的論文中得到進一步討論。