中科院青岛能源所:新型氧离子传导陶瓷膜用于稳定产氢
消息来源:baojiabao.com 作者: 发布时间:2024-05-19
氢气因其作为清洁能源的潜力而备受关注。迄今为止,大部分氢气都是利用天然气、煤炭或石油等化石燃料生产的。这种从化石中提取的氢气,必须从各类常见污染物中纯化出来,才能进一步应用到燃料电池当中。
使用致密的氧离子传导陶瓷膜来进行化石衍生氢辅助的水分解,是一种新型氢纯化技术。金属氧化物构成的氧离子传导膜对氧具有 100% 的选择性,如果在膜一侧进行高温水分解反应,另一侧进行化石衍生氢燃烧反应,那么低纯氢气燃烧可驱动膜另一侧水分解,直接获得不含一氧化碳的氢气,用于氢燃料电池。然而,暴露在含氢气、二氧化碳、硫化氢、甲烷和水蒸气等复杂恶劣气氛中时,现有的氧离子传导膜的化学稳定性仍是一个问题。
在前期氧离子传导膜材料开发的基础上(Angew.Chem.Int.Ed. 2021,60,5204-5208;Chem.Mater. 2019,31,7487-7492;AIChE J. 2019,65,e16740),最近,中国科学院青岛生物能源与过程技术研究所(QIBEBT)的研究团队开发了一种"界面反应诱导重组"的新方法,在陶瓷氧化物膜表面构筑一层超薄氧离子传导致密膜,形成多层结构陶瓷膜,以稳定高效地提纯化石衍生氢,制取不含一氧化碳的氢气。
该研究于 11 月 3 日发表在《德国应用化学》(Angewandte Chemie International Edition)杂志上,并已申请一项中国发明专利和一项国际专利。
"多层陶瓷膜通常使用逐层沉积方法制造,然而,这些传统制膜工艺(图 1a)程序繁多,并且所得致密层较厚,通常在 10 到 1000 μm 之间。此外,沉积的致密层在共烧结过程中经常从支撑层剥离。"通讯作者江河清研究员说。
受土壤中根茎草的结构启发,研究人员开发了一种界面反应诱导重组方法来制造三层陶瓷膜(图 1b),其氧传导薄层根植于支撑层,原位构筑的氧离子传导膜非常薄(~1 μm),致密并且牢固地粘附在支撑层上,既可显著降低氧离子传输阻力,又能避免薄膜分层或剥离,保持多层结构陶瓷膜的完整性。另外,该过程只需一步热处理(双相陶瓷前体的一步烧结),有望降低多层结构陶瓷膜的制备成本。
该方法适用于十余种不同的陶瓷体系,具有较好的普适性,其中氧离子传导薄膜包含 Ce0.9Gd0.1O2-δ、Y0.08Zr0.92O2-δ、Ce0.9Pr0.1O2-δ、Ce0.9Sm0.1O2-δ 等,简称 CGO 致密薄膜。研究人员将开发的新型陶瓷膜作为膜反应器,在模拟焦炉气氛(含有 H2、CH4、CO2、CO 和 H2S)下进行的氧化辅助水分解产氢,能够连续稳定运行超过 1000 个小时,展现出优异的稳定性和制氢性能。
江河清研究员表示:"这些结果表明,该技术为开发具有功能层的高性能多层陶瓷铺平了道路,应用前景广阔 -- 例如固体氧化物燃料电池和电解电池。这也将是我们未来工作的重点。"
参考文献
[1] He, G., Lan, Q., Liu, M., Wu, G., Dunin-Borkowski, R..E. and Jiang, H. (2022), Multilayered Ceramic Membrane with Ion Conducting Thin Layer Induced by Interface Reaction for Stable Hydrogen Production. Angew. Chem. Int. Ed.. Accepted Author Manuscript. https://doi.org/10.1002/anie.202210485
[2] https://www.eurekalert.org/news-releases/970563
[3] https://www.cas.cn/syky/202211/t20221107_4853939.shtml
研究团队
通讯作者 江河清:中国科学院青岛生物能源与过程研究所研究员
第一作者 贺广虎:中国科学院青岛生物能源与过程研究所副研究员
论文信息
发布期刊 Angewandte Chemie International Edition
发布时间 2022 年 11 月 3 日
论文标题 Multilayered Ceramic Membrane with Ion Conducting Thin Layer Induced by Interface Reaction for Stable Hydrogen Production
(DOI:https://doi.org/10.1002/anie.202210485)
本文来自微信公众号:我是科学家 iScientist (ID:IamaScientist),编译:竹子,编辑:靳小明,排版:尹宁流
2022-12-21 12:02:54相关文章
- 美国法院裁定阿里须为Squishmallows玩具侵权案答辩
2023-12-28 19:59:34
- 小米汽车传员工3700人 雷军称小米汽车不可能卖9万9
2023-12-28 19:41:57
- 国家新闻出版署:认真研究《网络游戏管理办法(草桉徵求意见稿)》关切 实行前进一步完善
2023-12-28 19:14:56
- 天猫新规可以无条件申请“仅退款”了?淘宝天猫又离狗多多零元购近了一步
2023-12-28 18:57:55
- 印度以打击金融犯罪为由逮捕了两名 vivo 高管
2023-12-26 16:49:01
- 在国外微信收不到国内信息?微信和WeChat将被拆分
2023-12-15 10:40:15
- 苹果iPhone15 系列手机发布最新消息 预计上市发布时间9月
2023-08-06 23:21:02
- 华为将发布鸿蒙HarmonyOS4操作系统 功能五大升级支持设备清单
2023-08-06 23:17:37
- 整治自媒体网红账号 400万粉丝网红发布擦边视频被无限期封禁
2023-07-12 09:56:09
- 网传微信文件传输助手是真人是真的吗?微信官方回应
2023-06-27 15:53:32
- 电信移动送手机成了“信用购”?你上了运营商的贷款套路了吗?
2023-06-12 17:18:55
- 中国电信广东地区崩了无信号 客服回应已在核实处理
2023-06-08 15:39:04
- 消息称小米新能源汽车价格表正讨论定价区间:双版本不同配置,高配或超 35 万元
2023-03-06 12:56:03
- 华为因制裁被传或分拆剥离手机业务? 内部人士回应:可能性不大.
2023-03-05 23:26:41
- OPPO正式发布安第斯智能云,让终端更智能
2023-02-24 16:02:27
- 华为与OPPO签订全球专利交叉许可协议 包括5G蜂窝通信专利
2023-02-24 16:02:26
- 老蛙将推MINI镜头新品:目前未知具体规格 官宣将于12月20日发布
2023-02-24 16:02:26
- 首发全新35mm定制光学系统 努比亚Z50性能同样强悍
2023-02-24 16:02:25
- Redmi K60屏幕细节曝光:全系标配2K护眼柔性直屏+5000mAh大容量电池
2023-02-24 16:02:25
- OPPO Find N2今天发 合金金属折叠屏更轻了
2023-02-24 16:02:24