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注:文末有研究团队简介及本文作者科研思路分析
一个旧时代的终结,往往意味着新时代的诞生。19世纪以来,石油作为主要能源为整个人类文明的进程提供了巨大动力。但是,人类对石油的过度依赖将最终导致其消耗殆尽。那么,后石油时代,人类将何去何从?阿卜杜拉国王科技大学(KAUST)的黄国维团队给出了自己的答案——甲酸时代。
在黄教授描述的甲酸时代里,甲酸将成为取代石油被“油罐车”运往各个加油站的一个方案,而原来旧的加油站只需要稍作改变便可以储存和分配这种新的燃料。用户只需要和原来一样去“加油”,不同的是加入油箱的将不再是石油,而是甲酸。在这种新能源的车里,甲酸将在催化剂的作用下释放出氢气驱动汽车。同时,释放出来的二氧化碳将被吸收重新运往工厂,在催化剂的作用下,与氢气重新产生新的甲酸燃料。在整个过程中,催化剂的开发和高效使用将成为核心竞争力,这对甲酸时代的加快到来将产生重要影响(ACSEnergyLett.,,2,?)。该团队与北京大学的郑俊荣教授合作,于年7月基于自主开发的催化剂,研发了甲酸分解的自动化控制系统,对接氢气燃料电池,成功地组装了世界第一台能独立运动的甲酸氢气燃料电池原型车(瓦)并试车成功,载重45公斤,时速8-10公里。
黄国维团队近期更开发了一种价格便宜,使用高效的非芳香五元环双亚胺钌催化剂,并在甲酸定向产氢及反应机理上取得了重要进展。结果表明,该催化剂以水为介质,能够高效、稳定地催化甲酸释放出氢气。经过测试,该催化剂在开放体系中的TOF和TON分别高达h-1和。最令人兴奋的是,在封闭条件下,它能催化甲酸释放出接近一个普通钢瓶的高压氢气(psi),这将成为驱动新能源汽车的重要动力。此外,该团队还通过高分辨质谱,核磁和同位素标记等手段,对反应的机理做了深入细致的研究,提出了两条相互竞争的催化途径。与此同时,他们采用DFT计算了不同反应路径的能量变化,计算结果与实验结果十分符合。这一成果近期发表在InorganicChemistry上,文章的第一作者是KAUST的博士研究生关超和博士后张丹丹。
该论文作者为:ChaoGuan,Dan-DanZhang,YupengPan,MasayukiIguchi,ManjalyJ.Ajitha,JinsongHu,HuaifengLi,ChangguangYao,Mei-HuiHuang,ShixiongMin,JunrongZheng,YuichiroHimeda,HajimeKawanami,Kuo-WeiHuang
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