“儲氨制氫”大突破！全新化合物可輕松來回轉(zhuǎn)換，過程更安全簡單

據(jù)報道，日本理化學(xué)研究所（RIKEN）緊急物質(zhì)科學(xué)中心（CEMS）的研究人員發(fā)現(xiàn)了一種化合物——乙銨碘化鉛，可以安全高效地儲存和釋放氨。這一發(fā)現(xiàn)具有作為無碳氫載體的潛力，有助于向脫碳社會的過渡。

這一發(fā)現(xiàn)已于近期發(fā)表在了《美國化學(xué)會雜志》上。據(jù)稱，它不僅可以安全方便地儲存氨，還可以儲存它所攜帶的重要氫。

為了使社會從碳基能源轉(zhuǎn)變?yōu)闅浠茉?，我們需要一種安全的方式來儲存和運輸氫，氫本身是高度可燃的。一種方法是將其作為另一種分子的一部分儲存起來，并在需要時提取出來。氨，化學(xué)式為NH3，是一個很好的氫載體，因為每個分子中都有三個氫原子，按重量計算，氨中幾乎有20%是氫。

然而，問題在于氨是一種腐蝕性很強的氣體，很難儲存和使用。目前，氨通常通過在遠低于冰點的溫度下液化來儲存在耐壓容器中。多孔化合物也可以在常溫常壓下儲存氨，但儲存容量較低，且氨不易回收。

而最新研究報告了一種鈣鈦礦的發(fā)現(xiàn)，這是一種具有獨特重復(fù)晶體結(jié)構(gòu)的材料，可以很容易地儲存氨，也可以在相對較低的溫度下輕松完整地回收（恢復(fù)可用狀態(tài)）。

具體而言，該研究小組專注于鈣鈦礦乙基碘化鉛銨（EAPbI3），化學(xué)式為CH3CH2NH3PbI3。他們發(fā)現(xiàn)它的一維柱狀結(jié)構(gòu)在室溫和常壓下會與氨發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并動態(tài)轉(zhuǎn)化為二維層狀結(jié)構(gòu)，稱為氫氧化鉛或Pb(OH)I。

這一過程的結(jié)果是，氨通過化學(xué)轉(zhuǎn)化儲存在層狀結(jié)構(gòu)中。有鑒于此，EAPbI3可以安全地將腐蝕性氨氣作為氮化合物儲存，其過程比在壓力容器中、-33°C下液化要便宜得多。更重要的是，回收儲存氨的過程也同樣簡單。

研究人員說，“令我們驚訝的是，儲存在乙銨碘化鉛中的氨只需稍稍加熱就能很容易地提取出來。”

他們進一步解釋稱，儲存的氮化合物在50°C的真空條件下就會發(fā)生逆反應(yīng)，并轉(zhuǎn)化回氨。這個溫度遠低于從多孔化合物中提取氨所需的150°C或更高的溫度。如此看來，EAPbI3是一種簡單且經(jīng)濟高效的處理腐蝕性氣體的極好介質(zhì)。

此外，鈣鈦礦恢復(fù)一維柱狀結(jié)構(gòu)后還可以重復(fù)使用，從而可以重復(fù)儲存和提取氨。一個額外的好處是，通常為黃色的化合物在反應(yīng)后變成白色。Kawamoto 表示，“該化合物在儲存氨時能夠改變顏色，這意味著可以開發(fā)基于顏色的氨傳感器來確定儲存的氨量。”

據(jù)稱，這種新的存儲方法有多種用途。在短期內(nèi)，研究人員開發(fā)了一種安全的氨儲存方法，該方法已經(jīng)在社會上有多種用途，從肥料到藥品再到紡織品。

“從長遠來看，我們希望這種簡單而有效的方法能夠成為通過使用氨作為無碳氫來實現(xiàn)脫碳的解決方案的一部分載體?！彼麄冄a充道。