我所發表氫化物的功能綜述文章

  近日,我所氫能與先進材料研究部陳萍研究員、郭建平研究員和博士生王倩茹受邀撰寫了題為“The Power of Hydrides”的“Future Energy”綜述文章。

  氫是宇宙中最早誕生的元素,在宇宙演變和人類對物質世界的認識中起到了至關重要的作用。氫可以從電正性更強的元素或基團中獲取電子,形成含負氫物種(H-)的氫化物。這些以分子、團簇、表面物種或體相材料等形式存在的氫化物具有高能量、強還原性、高活性等特征,在潔凈能源存儲利用以及化學轉化中顯示出獨特的功效。

  氫化物為載氫/載能體,是材料科學領域研究人員長期關注的儲氫、儲熱材料的研究對象。氫化物的H-離子半徑接近O2-,但電荷少、配位特殊且易于極化,這使得某些氫化物具有傳導Li+、Na+、H-的能力,成為潛在的固體電解質。近期研究人員更揭示了氫化物可做為高溫超導體這一令人鼓舞的結果。

  借助于熱、電、光等能量的注入,將穩定的小分子(如H2O、CO2和N2)轉化為能源載體(如H2、CH3OH、HCOOH和NH3等)是潔凈能源可持續發展的關鍵。而產氫反應、N2及CO2還原反應通常需要電子、質子和能量的輸入。化學性質非常活潑的氫化物正好可以通過H-、HO和H+的相互轉化參與到這些極具挑戰性的重要反應中去。例如,氫化物可作為質子和電子的共同來源,在多相、生物以及均相固氮過程中發揮著不可替代的作用。

  除了在上述與潔凈能源利用相關領域中呈現出強大功能外,氫化物在中子屏蔽、光捕獲以及頗有爭議的冷核聚變等方面已初顯應用前景。人們對氫化物的探索和利用還在繼續,未來可期。

  “Future Energy”作為Joule的一個前瞻性平臺,重點介紹有潛力發展成為新一代技術的研究領域,并由相應領域的專家進行撰寫。陳萍團隊專注于氫化物在氫氣存儲(Nature, 2002; Nat. Mater., 2008; Angew. Chem. Int. Ed., 2019)和催化轉化(Nat. Chem., 2017; Nat. Energy, 2018)等方面的研究近20年,認識并豐富了氫化物的內涵與功能。

  該綜述發表在《焦耳》(Joule)上。相關工作得到國家自然科學基金項目的資助。(文/圖 王倩茹)

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