李东升教授、张山青教授，张其春教授 JMCA观点：面向“双碳战略”：高效可控的化学制氢- 大数跨境

首页

李东升教授、张山青教授，张其春教授 JMCA观点：面向“双碳战略”：高效可控的化学制氢

科学材料站

2021-08-10

导读：本文对高效可控的化学制氢“开关”方法进行了概述，特别强调了在机理探索和应用方面的最新进展, 展望了未来的研究方向。

文章信息

面向“双碳战略”：高效可控的化学制氢

第一作者：刘湘

通讯作者：李东升*、张山青*，张其春*

单位：三峡大学，澳大利亚格里菲斯大学，香港城市大学

研究背景

由于其超高的能量密度、零污染和零碳排放，氢气被广泛地认为是一种理想的清洁可再生能源，在未来能源供应中极有希望替代传统化石燃料。如果能够使用氢气对现有化石燃料进行完全替代，将极大减少大气中二氧化碳的排放，从而有助于实现“双碳战略”。

目前，在众多的制氢策略中，利用化学储氢材料，在金属纳米催化剂作用下制备氢气，是一种有效储存和释放氢气的良好途径。在该领域，如何根据氢气的使用要求，在液相中进行H2制备的选择性“开关”设计，实现H2的可控释放和产氢速率调节，对于H2的有效利用至关重要。

目前，基于化学储氢材料的可控催化产氢，按照其可控“开关”的设计类型，可以分为五种，包括：1、催化剂转移开关；2、相转移开关；3、pH调节开关；4、温度调节开关；5、光调控开关。该文对这些“开关”方法进行了概述，特别强调了在机理探索和应用方面的最新进展。并提出了未来研究的方向和挑战。

文章简介

基于此，来自三峡大学的李东升教授与澳大利亚格里菲斯大学的张山青教授和香港城市大学的张其春教授合作，在国际知名期刊J. Mater. Chem. A上发表题为“Recent advances in the “on-off” approaches for on-demand liquid-phase hydrogen evolution”的文章，其对高效可控的化学制氢“开关”方法进行了概述，特别强调了在机理探索和应用方面的最新进展, 展望了未来的研究方向。

图1. 高效可控的化学制氢。

本文要点

要点一：催化剂转移开关

催化剂转移开关是可控制氢的最经典和最广泛使用的方法。通常情况下，当催化剂被引入反应介质时，H2的制备会立即启动。相反，当用磁铁或机械方法将催化剂从反应介质中移出时，析氢过程立即停止。

要点二：相转移开关

可控制氢的相转移开关是通过催化剂在水溶液和有机溶液之间的可逆相转移实现的。

要点三：pH调节开关

通过向反应介质中加入H+或OH-来实现pH调节开关，控制H2的供应

要点四：温度调节开关

活化能(Ea)是激活化学反应所需的最小能量，它与反应温度呈正相关。因此，只需简单地加热和冷却，即可实现按需制氢的温度调节开关。

要点五：光调控开关

通过控制光催化剂上的光来实现可控制氢的光调节开关。

要点六：前瞻

与催化剂转移开关，温度调节开关和光调节开关相比,相转移开关和pH调节开关都需要添加相应的试剂来实现多次的开关,这将导致大量的浪费，同时大大的增加了反应系统的整体重量，致使反应体系中氢的总质量百分比下降，严重限制了它们的实际应用。

尽管硼氢化物(如硼氢化钠、氨硼烷、和二甲胺硼烷)水解的可控制氢的“开关的设计和开发取得了重大进展，但是甲酸和水合肼的析氢的开关的设计仍然是一个挑战。另一个值得注意的方面是如何开发新的、高效的、通用的开关，用于特定系统的可控制氢生产。

文章链接

Recent advances in the “on-off” approaches for on-demand liquid-phase Hydrogen evolution

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2021/ta/d1ta05892d

通讯作者介绍

李东升教授。

湖北省二级教授，博士生导师，三峡学者特聘教授；教育部新世纪人才，享受国务院政府津贴专家、湖北省有突出贡献中青年专家；湖北省自然科学创新群体负责人，国家级学科创新引智基地负责人，中国复合材料学会矿物复合材料专业委员会委员兼副秘书长，湖北省化学化工学会无机化学分委会副主任委员，三峡大学学术委员会副主任委员；主要从事新型储能材料和绿色高效催化剂研究。

张山青教授。

张山青教授于2001年在澳大利亚格里菲斯大学获得化学博士学位。张教授开发并发明了一系列基于功能纳米材料的环境监测和储能设备专利及商业化技术。他是澳大利亚研究委员会未来研究员、皇家化学学会会士(FRSC) 和澳大利亚皇家化学会会士 (FRACI)。目前，张教授及其领导的团队致力于用于能量转换和存储设备的纳米材料，功能聚合物的设计和合成，以及可持续和可回收电池技术的开发。

张其春教授。

2007年在美国加州大学河滨分校 (University of California, Riverside)无机化学博士毕业，2009年受聘于新加坡南洋理工大学材料科学与工程学院助理教授。2014年3月,晋升为新加坡南洋理工大学材料科学与工程学院副教授 (终身职位)。2014年12月受聘于新加坡南洋理工大学数理学院副教授。2020年九月受聘于香港城市大学大学材料科学与工程学院终身教授。2015年成为固态化学副主编。

第一作者介绍

刘湘，副教授，硕士生导师。

2017获法国雷恩第一大学化学博士学位，导师：Didier Astruc和Jean-Rene Hamon教授。2017年11月受聘三峡大学，从事化学化工专业教学与科研工作。相关研究成果Adv. Mater, Nat. Commun, J. Mater. Chem. A, Chem. Sci., Coord. Chem. Rev, 等国际主流期刊上发表SCI收录论文80多篇，申请专利40项。