氢能社会
电脑模拟乙醇制氢反应
2019/10/15 13:27:52
1956
据http://phys.org/news/网站报道：研究人员使用电脑模拟乙醇制氢反应。日前，A*STAR高性能计算研究所使用复杂的模拟运算揭示了一种关键制氢技术，使得乙醇催化转化制氢技术变得更加简单。
目前，最为流行的制氢方法是乙醇蒸汽重整技术。在这项技术中，将乙醇注入一个含有催化剂（例如铑）、充满蒸汽的隔室中，催化剂可以促进乙醇分子分解成为更小的分子，例如一氧化碳和氢气。蒸汽重整技术需要对催化剂进行选择，以裂解乙醇表面吸附的碳-碳键。近期的研究结果显示，“阶梯式”的催化剂表面，就像普通铑催化剂平面上出现的微小阶梯状缺陷一样，通常可高效裂解碳-氢键和碳-碳键。然而，到目前为止乙醇在阶梯式催化剂表面的裂解机制仍不是十分清楚。尽管化学家已经成功使用蒸汽重整技术裂解乙醇制氢，但是想要提高催化剂的催化效率却十分困难，因为在蒸汽重整系统中有许多不同的复杂化学反应同时发生。
该团队通过使用高性能计算机模拟揭示了乙醇在阶梯式铑催化剂（铑211）表面最为可能的裂解途径。模拟计算使用密度泛函理论（DFT）方法，揭示了乙醇裂解成为氢气的两种途径，结果表明这两种裂解途径拥有共同的中间物质，其化学式为CH3COH。
更为重要的是，研究团队发现CH3COH中间物质仅存在于阶梯式铑催化剂表面。平面催化剂表面通过金属中间体裂解乙醇，催化剂表面的阶梯式表面缺陷会优先吸附乙醇，而后通过连续的从中间物质中移除氢原子来刺激裂解循环。
蒸汽重整是一个十分复杂的化学反应过程，而目前使用DFT方法研究乙醇裂解机制仅能揭示冰山一角，许多其他影响因素，例如温度、浓度、基质影响以及水的作用都会影响反应结果，然而这项工作却为研发新型高性能催化剂材料理论依据的建立作出了重大贡献。
