甲烷制氢今日科学：催化选择性100%，稳定性长达120小时！

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甲烷热解(MP)是一种无CO2排放的制氢技术，能够仅产生固体碳副产物。然而，开发具有稳定性和高效催化性能的中等温度下的催化剂仍然具有挑战性。本研究中，作者设计了一种新型的液态合金催化剂，通过添加钼(Mo)元素对镍铋(Ni-Bi)液态合金进行改性，并成功制备了三元的NiMo-Bi液态合金催化剂(LAC)。研究结果表明，该催化剂的活化能非常低，只有81.2kJmol?1，从而在较低的温度范围内(450至800°C)实现了高效的甲烷热解反应，催化活性为4.05mLgNi?1min?1。此外，在高温条件下(800°C)，该催化剂表现出100%的氢气选择性，并且具有长达120小时的催化稳定性。

在全球范围内，氢气(H2)作为一种清洁能源解决方案正日益受到关注。然而，目前大部分氢气的生产仍然来自化石燃料，如天然气、石油和煤炭等，这导致了大量的二氧化碳(CO2)排放。电解水是一种无CO2排放的绿色制氢技术，利用可再生能源驱动产生氢气。然而，目前电解水技术在成本和能耗方面仍然存在问题，因此只贡献了2%的氢气产量。与此相比，甲烷热解是另一种无CO2排放的制氢方法，且还可以产生高价值的碳材料。尽管甲烷热解只需要较低的能量即可生成氢气，但仍然需要较高的反应温度，这导致能量需求高、设备昂贵和热量损失问题。因此，需要开发具有高催化活性的优化催化剂，使其能够在中等温度条件下稳定运行，并表现出优异的耐污染和耐降解性能。

新型液态合金催化剂的设计与性能

为了克服传统催化剂在甲烷热解反应中的失活问题，研究人员设计了一种新型的液态合金催化剂，即NiMo-Bi液态合金催化剂(LAC)。通过在Ni-Bi液态合金中添加Mo元素进行改性，得到了具有优异催化性能的三元液态合金催化剂。

实验证明，NiMo-Bi液态合金催化剂在中等温度下展现出高效的甲烷热解催化活性。该催化剂具有低活化能，能够在较低的温度范围内实现高效的甲烷热解反应。此外，该催化剂表现出了高达100%的氢气选择性，并具有长达120小时的催化稳定性。这些结果表明，NiMo-Bi液态合金催化剂在甲烷热解反应中具有良好的性能，可以作为一种高效的制氢催化剂。

不仅如此，NiMo-Bi液态合金催化剂还表现出对其他天然气组分(如乙烷和丙烷)的高活性，这表明该催化剂还可以在其他制氢工艺中得到应用。例如生物质制氢和塑料制氢等工艺。此外，研究人员还在开发具有不同组分的高效可溶性多元液态合金催化剂，以突破反应限制并改变催化领域的未来。

综上所述，本研究成功设计了一种具有高活性、高选择性和高稳定性的NiMo-Bi液态合金催化剂，实现了在中等温度下的高效甲烷热解制氢。这项研究为开发更加高效的制氢催化剂提供了新思路，也为实现无CO2排放的氢气生产提供了重要的技术支持。