一項附屬于UNIST的研究揭示了一種將廢棄蛋殼轉(zhuǎn)化為氫氣的新方法，氫氣是未來一種創(chuàng)新的替代能源。該新方法被用作醇轉(zhuǎn)化為氫的催化劑，用于反應(yīng)后在殼層上合成石墨烯。這種生產(chǎn)增值石墨烯和純氫的技術(shù)，同時回收食物垃圾，是一種“一石三鳥”的方式。

這項研究由UNIST能源和化學(xué)工程學(xué)院的Jong-Beom Baek教授及其研究團(tuán)隊領(lǐng)導(dǎo)，研究了選擇性催化反應(yīng)的基本機(jī)理，并提出了一種新的環(huán)境友好方法，用于將醇高效轉(zhuǎn)化為有價值的產(chǎn)品(石墨烯和H2)。

在這項研究中，研究小組用蛋殼的主要成分碳酸鈣(CaCO3)生產(chǎn)氧化鈣(CaO)，并發(fā)現(xiàn)這種物質(zhì)可以用作催化劑，用于生產(chǎn)氫氣和石墨烯。使用CaO作為催化劑，使反應(yīng)在比傳統(tǒng)催化劑更低的溫度下進(jìn)行，并產(chǎn)生了無需任何分離過程即可使用的氫氣。在反應(yīng)過程中，在氧化鈣上沉積一層薄薄的碳(C)以形成石墨烯，通過簡單的操作就可以很容易地剝離石墨烯。氫可以從含有氫的材料中獲得，其中包括H2O、CnH2n+2和CnH2n+1OH。

此時，需要進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，并且每個反應(yīng)都需要合適的催化劑。而CaO在乙醇制氫過程中表現(xiàn)出優(yōu)異的催化性能。酒精是通過發(fā)酵植物和微生物獲得，因此它是一種生態(tài)友好的能源，未來可以繼續(xù)大規(guī)模生產(chǎn)。由于酒精成分是氫，碳，氧，可以轉(zhuǎn)化為其他有用的形式。已經(jīng)有超過700°C的高溫被用來將蒸汽轉(zhuǎn)化為氫基和碳基材料。然而，除了氫之外，甲烷、一氧化碳和乙烯等副產(chǎn)品也是在700°C或更高的高溫下產(chǎn)生。

因此，有必要從產(chǎn)生的氣體中只選擇氫氣，并且氫氣生產(chǎn)單價也會提高。研究解決了用酒精作為催化劑生產(chǎn)氫氣的缺點(diǎn)，用蛋殼制備的氧化鈣將反應(yīng)溫度降低到500℃。結(jié)果，99%的產(chǎn)生氣體是氫氣，當(dāng)用酸除去催化劑時，BNPGr以即用狀態(tài)產(chǎn)生。氧化鈣是一種廉價的材料，而且它對環(huán)境友好，因為它可以從回收的蛋殼中制成，氫氣和石墨烯都是經(jīng)濟(jì)型的，因為它們可以在沒有任何分離過程的情況下使用。

作為第一作者領(lǐng)導(dǎo)這項研究的韓高鋒博士（UNIST能源與化學(xué)工程學(xué)院）從食堂收集蛋殼開始，還加熱蛋殼以產(chǎn)生CaO，并將其用作乙醇的水蒸氣重整反應(yīng)的催化劑。此外，還解決了酒精轉(zhuǎn)化為氫和石墨烯的原理，以及CaO在這個過程中的作用。使用氧化鈣的乙醇蒸汽重整方法，將對商業(yè)環(huán)境產(chǎn)生同樣的影響，在商業(yè)環(huán)境中，反應(yīng)進(jìn)行的規(guī)模要大得多，研究人員希望這項研究成果將有助于回收包括乙醇在內(nèi)的生物資源。

博科園｜研究/來自：UNIST

參考期刊《Advanced Materials》

DOI: 10.1002/adma.201807267

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