内江洛伯尔材料科技有限公司
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含微量贵金属的钙钛矿类活性材料光热分解H2O和/或CO2的方法

2017-03-20 16:38来源:内江洛伯尔材料科技有限公司作者:研发部
文章附图

     含微量贵金属的钙钛矿类活性材料光热分解H2O/CO2的方法

  由于化石能源的不可持续性,以及其利用所产生的温室效应、环境污染等问题,使得洁净的、环境友好的可再生能源体系的研究迫在眉睫。我国当前是CO2排放第二大国,CO2排放量呈较快增长的态势,受到越来越多的国际社会压力。太阳能具有取之不竭、洁净无污染、可再生等优点,利用太阳能将H2O及温室气体0)2转化为便于储存的化学燃料,日益受到国际社会的广泛关注。

利用金属氧化物作为活性材料的两步热化学循环分解H20/C02技术就是集太阳能储备与化学燃料制备于一体,是当前新能源研究和开发领域的热点之一。该反应的主要步骤为:(1)活性材料首先在高温(高于1200°c)下的惰性气氛中还原,放出氧气。(2)含有大量氧空位的活性材料在较低温度下(低于1200°C)H20/C02反应,放出H2/C0。具体表达式如下:

V5MO2-V5 MO2- δ +V2O2(g) (I)

H2O(g) /CO2 (g) +7δMO2-s 7sM02+72h2 (g) /CO(g) (2)

热力学计算结果表明只有少数的金属氧化物能够完成这个循环。目前研究比较多的体系有铁氧化物、ZnO,CeO2V2O5,SnO2等。

Steinfeld 等首次利用太阳能完成了 ZnO/Zn的循环过程。该过程存在的主要问题为高温下Zn蒸汽与氧气不能及时分离,Zn再次被氧化,并且在水分解的过程中,Zn与水反应生成的ZnO层会包裹在Zn表面而阻止了 Zn与水的接触,从而抑制了制氢反应。V2O5,SnO2以及GeO2等易挥发氧化物都存在同样的问题。美国专利(申请号20110059009)详细介绍了 V2O5的反应装置及反应条件。

Abanades 等首次完成了 Ce02/Ce203两步热化学循环分解水的反应。WilliamC.Chueh等详细的研究了CeO2体系的循环性能,实验结果表明500次循环之后,CeO2体系的产氢量以及氢气产生速率都保持的较好。他们还利用太阳能反应器做了325g CeO2的放大实验,多次循环以后,CeO2仍保持稳定的活性。CeO2体系不挥发,抗烧结能力强,H2/C0产生速率快,循环性能好,具有工业化前景,得到大家的广泛关注。CeO2体系存在的主要问题有还原温度过高;&02具有较高的摩尔质量,导致单位质量产氢量较低;两步反应的温度梯度太大,热量的回收利用比较困难。

从已有报道工作不难发现,两步热化学循环分解H2CVCO2的工作还处在基础研究阶段。我们之前的研究工作表明钙钛矿材料可以在较低的处理温度下产生较大量的CO以及h2。针对反应速率慢的问题,我们引入催化剂,结果表明催化剂的加入能够显著的加快H2/CO的产生速率,降低H2/CO的产生温度。

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