制氢的过程非常复杂，常温下几乎无法实现。
但中科院物理所突然研发了一种新技术，让常温制氢成为可能！
常规制氢方式
一氧化碳和水经水汽变换反应
得到氢气和二氧化碳
但
这种反应通常需要在高温高压的条件下进行
而且
这种方法制得的氢气往往含有
一氧化碳残留物及二氧化碳和甲烷
也就是说这种方式制成的氢气杂质高。
目前，水汽变换(WGS)反应(CO+H2O→H2+CO2)
是工业上大规模制备氢气的主要方法
WGS过程通常需要在高温(180℃—250℃)
高压(1.0兆帕—6.0兆帕)的条件下进行
除了苛刻的反应条件
通过WGS反应制得的氢气往往含有约1%—10%的一氧化碳残留
及反应产物二氧化碳和甲烷等
需要进一步分离纯化才能进行下游的应用
在温和条件下直接制备高纯氢气是氢能源发展的迫切需求。
不过中科院物理所研发的
室温电化学水汽变换反应
将打破这一僵局。
下面我们来分步解析一下这种超赞的新方法
超赞step1：两个1/2反应
中国科学家近期
将传统的水汽反应拆成两个“1/2反应”
并且分别设计成阴阳两极
一氧化碳在阳极生成二氧化碳
二氧化碳与电解质氢氧化钾进一步反应
生成碳酸钾
避免了二氧化碳的排放
水在阴极则被直接还原生成高纯氢气
超赞step2：中间加个膜
拆分成两个1/2反应后
科研人员在阴阳极间加了个膜
这一方法巧妙地分隔了两极的产物
避免了需要分离提纯的过程
超赞step3：筛个催化剂吧
科研人员在发现传统水汽变换反应的
催化剂对室温电化学水汽变换反应
贡献有限后
经过一系列筛选
发现铂(Pt)催化剂具有较优异的性能
超赞step4：让一氧化碳快点“飞”
为了提高反应速率
需要一氧化碳快速地扩散到铂催化剂表面
怎么让一氧化碳快点“飞”呢？
科研人员利用了一个疏水亲气的电极材料
来提高一氧化碳的释放
超赞step5：铜兄弟来帮忙
CO在铂催化剂表面的吸附越强越好吗？
事实并非如此！
要把握一个“度”
不吸附无法反应
吸附过强会导致催化剂中毒
怎么办呢？
铜兄弟可是帮了大忙！
没有铜的时候
画面是这样的
有了铜
一切都变得非比寻常
这就是我们今天的“神奇”新方法
1/2+1/2>1的室温电化学水汽变换反应
实现室温常压下高效催化制备高纯氢气
这为低能耗生产高纯氢气提供了新思路！
记者获悉，该工作由中国科学院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室邓德会团队完成，首次提出并实现了一种高能量效率制备高纯氢气的新策略：室温电化学水汽变换；通过优化的PtCu催化剂，将阳极起始电位降低至接近0 V，显著低于电解水的阳极理论电位1.23 V，大大提高了能量利用效率。
室温电化学水汽变换反应实验装置示意图
实验结果显示，通过对催化剂的设计和电极结构的优化，EWGS反应在常温常压条件下实现了99.99%的高纯氢制备。这与传统的WGS反应完全不同，为低能耗生产高纯氢气提供了新思路。
常识科普：
1.2工业制氢的方式
1.2.1由石油热裂的合成气或天然气制氢
石油热裂副产的氢气产量很大，常用于汽油加氢，石油化工和化肥厂所需的氢气，这种制氢方法在世界上很多国家都采用，在我国的石油化工基地如在庆化肥厂，渤海油田的石油化工基地等都用这种方法制氢气。
1.2.2甲醇裂解制氢
在一定的压力、一定温度及特种气固催化剂作用下，甲醇和水发生裂解变换反应。转化为~75%H2和~24%CO2、极少量的CO、CH4。转化汽经过换热、冷凝、净化，自动程序控制让将未反应的水和甲醇返回原料液罐循环使用，净化后的气体依序通过装有多种特定吸附剂的吸附塔。通过PSA一次性分离除去CO、CH4、CO2提取产品氢气。因电解水成本较高，近年来许多原用电解水制氢的厂家纷纷进行技术改造，改用甲醇蒸汽转化制氢的新工艺路线。
1.2.3电解水制氢
多采用铁为阴极面，镍为阳极面的串联电解槽(外形似压滤机)来电解苛性钾或苛性钠的水溶液。阳极出氧气，阴极出氢气。该方法成本较高，但产品纯度大，可直接生产99.7%以上纯度的氢气。这种纯度的氢气常供:①电子、仪器、仪表工业中用的还原剂、保护气和对坡莫合金的热处理等，②粉末冶金工业中制钨、钼、硬质合金等用的还原剂，③制取多晶硅、锗等半导体原材料，④油脂氢化，⑤双氢内冷发电机中的冷却气等。像北京电子管厂和科学院气体厂就用水电解法制氢。
1.2.4焦炉煤气制氢
用几种烟煤配制成炼焦用煤，在炼焦炉中经过高温干馏后，在产出焦炭和焦油产品的同时所产生的焦炉煤气，把经初步提净的焦炉煤气冷冻加压，使其他气体液化而剩下氢气。此法在少数地方采用(如前苏联的Ke Mepobo工厂)。
1.2.5水煤气法制氢
用无烟煤或焦炭与水蒸气在高温时反应而得水煤气。水煤气进行净化后再使它与水蒸气一起通过触媒后提纯。此法多用于在合成氨厂。像北京化工实验厂和许多地方的小氮肥厂多用此法。
1.2.6电解食盐水的副产氢
在氯碱工业电解饱和食盐水制烧碱时，副产多量较纯氢气，除供合成盐酸外还有剩余，也可经提纯生产普氢或纯氢。
1.2.7酿造工业副产
用玉米发酵丙酮、丁醇时，发酵罐的废气中有1/3以上的氢气，经多次提纯后可生产普氢(97%以上)，把普氢通过用液氮冷却到100℃以下的硅胶列管中则进一步除去杂质(如少量N2)可制取纯氢(99.99%以上)，像北京酿酒厂就生产这种副产氢，用来烧制石英制品和供外单位用。濮阳南乐永乐生物在用玉米芯L-乳酸、3万吨聚乳酸，其他副产品包括玉米淀粉、葡萄糖、蛋白粉、玉米胚芽、纤维饲料、玉米浆等，目前没有产业氢气。
1.2.8铁与水蒸气反应制氢
铁和水蒸气反应生成四氧化三铁和氢气，工艺流程中需要大量的水蒸气，而且产出率太低，品质较差，此方法较陈旧现已基本淘汰。
1.2.9太阳能制氢
利用太阳能生产氢气的系统,有光分解制氢,太阳能发电和电解水组合制氢系统。太阳能制氢是近30~40年才发展起来的。到目前为止，对太阳能制氢的研究主要集中在如下几种技术:热化学法制氢、光电化学分解法制氢、光催化法制氢、人工光合作用制氢和生物制氢。目前技术上对制氢的效率，制氢的成本，以及设备的使用寿命等因素都成为太阳能制氢的难题。
来源：中国科学院大连化学物理研究所
