沸石可持续制氢的优秀材料有哪些(沸石氢能源)

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沸石已被证明是各种反应中的有用催化剂，从酸到碱和氧化还原催化。这些材料的特殊性质（高表面积、均匀的孔隙率、互连的孔/通道系统、可接近的孔体积、高吸附容量、离子交换能力和形状/尺寸选择性）提供了作为有效催化剂和催化剂载体的关键特性。目前，正在从关于这些重要和非凡材料的大量现有知识中开发新的应用程序。其中，与开发对环境影响较小的工艺（绿色工艺）以及生产替代和清洁能源相关的应用至关重要。氢被认为对能源和环境的可持续性至关重要。它是一种清洁能源载体，可用于交通运输和固定发电。在制氢过程中，开发新型催化剂是解决氢气可持续生产相关问题的更为有效的途径之一。

一、沸石：组成、结构、性质和应用

沸石是微孔结晶铝硅酸盐，其骨架由共角和四面体形成，它们定义了空腔和通道，其中可以找到与骨架氧和/或水分子配位的阳离子。在沸石中，TO4四面体的组织可导致形成具有不同数量T原子（Si、Al）的环。最常见的环有4-T、6-T、8-T、10-T和12-T；然而，含有14，18，和30元环沸石结构也已被合成的。沸石微孔的大小取决于环中成员的数量，介于4和12埃之间。在戒指上，TOT角主要在130°–180°范围内变化。这个角度的灵活性是决定现有沸石种类繁多的最重要因素之一。

沸石可以作为分子筛，因此它们的主要物理性质之一是孔隙率。沸石的微孔特性使其具有相对于其外表面而言非常大的内表面积。微孔对外开放，允许物质在晶体内空间和周围环境之间转移。明确定义的微孔的三维网络可以作为反应通道，其活性和选择性将通过引入活性位点来增强。孔内强电场的存在和可控的吸附特性将产生一种独特类型的催化剂，其本身可以被认为是一种催化微反应器。

二、用于制氢的沸石

氢(H2)作为一种清洁且CO2中性的能源，在未来的能源经济中将发挥重要作用[56]。因此，它被预测为为数不多的长期可持续清洁能源载体之一。目前，分子氢的合成主要通过不可持续的方法进行，例如天然气的蒸汽重整(SR)或煤的气化，这与大量温室气体(GHG)的排放有关，尤其是二氧化碳(CO2)。因此，为了实现氢经济的全部好处、提高能源安全性、能源供应多样化和减少空气污染，必须从可用的可再生资源中清洁、高效地生产氢。可以使用可再生能源（例如，阳光、风、波浪或水力发电）从可再生资源（例如，生物质和水）中生产氢气。

本文考虑了两种重要的方法来从可再生资源生产氢气并减少CO2排放。一种方法是将重整方法应用于生物质衍生的化合物，例如生物乙醇。由于生物质在生长过程中会消耗大气中的二氧化碳(CO2)，因此与化石燃料相比，它的净CO2影响很小。第二种方法考虑使用太阳能通过水分解来生产氢气。通过水分解制氢对应于包括在C循环之外的那些方法。由于可以使用非常丰富的太阳能，这个过程非常有吸引力。

为满足全球不断增长的能源需求而大量开采化石燃料已导致CO2的增加在大气中，因此导致显着的全球变暖（温室效应）。此外，地球上化石燃料的储量是有限的，无论它们能持续多久，未来都必须开发一种独立于化石燃料的清洁和可再生能源替代品。氢气可能是一个不错的选择，因为它具有所有化学燃料中最大的热值(39.4kWh/kg)。其燃烧成热或电简单而清洁。当与氧气燃烧时，氢气会形成水并且不会产生或排放污染物。我们今天使用的大约95%的氢气来自重整天然气。但要实现氢经济的全部好处、增加能源安全、多样化能源供应和减少空气污染，必须使用可用的可再生资源清洁、高效且经济地生产氢。因此，可再生能源是制氢所需的能源。然而，从可再生能源生产氢气存在许多挑战，主要的挑战可能是开发新的催化工艺来生产可持续的氢气并降低成本以与当前燃料（汽油和柴油）竞争。

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