细气泡如何导致更有效的催化剂

催化剂对于用氢生产化学品和储能至关重要。亥姆霍兹埃尔兰根-纽伦堡可再生能源研究所(HIERN)和弗里德里希-亚历山大-埃尔兰根-纽伦堡大学(FAU)的研究人员现已发现，催化剂孔隙中气泡的形成对其活性至关重要。他们的发现有助于优化催化剂材料，用于从液体中形成气体的反应，并在未来的绿色氢经济中发挥核心作用。

催化剂在不被自身消耗的情况下加速化学反应。自然界和工业界的大量反应只有在它们的帮助下才能发挥作用。例如，催化剂用于约80%的化学生产过程，还在化学储氢技术中发挥重要作用。

在大多数情况下，涉及所谓的多相催化剂，它们处于与实际反应伙伴不同的聚集状态。固体、多孔催化剂在这里尤为重要，因为它们可以很好地与液态或气态反应产物分离。

HIERN和FAU的研究人员现已发现，如果在催化剂孔隙中特别容易形成气泡，则可以显着提高这种用于气体生成反应的催化剂的生产率。

“这个显着决定反应速率的额外因素以前是未知的。到目前为止，人们认为反应速率仅由化学表面反应或分子向催化剂活性中心的传输决定，”解释说PeterWasserscheid教授博士，亥姆霍兹埃尔兰根-纽伦堡研究所所长，于利希研究中心的分支机构，FAU化学反应工程系主任。

生产力提高50倍

这一发现是利用一种可能在未来绿色氢运输中发挥关键作用的反应得出的。为此，氢被储存和运输到液体载体介质上——在这种情况下是LOHC(“液态有机氢载体”)——然后从中释放出来。

该技术被认为极其安全且易于操作。在催化剂的帮助下，氢气从载体介质中释放的速度越快，可以使用的技术就越紧凑和强大。

HIERN和FAU的研究人员能够证明，在相同条件下，当在此过程中诱导催化剂孔隙中形成气泡时，每单位时间从载体介质中释放出多50倍的氢气。

造成巨大差异的原因是：“通常情况下，系统在催化氢释放过程中只产生溶解的氢。然后，催化剂活性中心周围的液相会迅速饱和，”PeterWasserscheid说。

另一方面，催化剂孔隙中的气泡就像微型泵一样。它们有助于去除释放的氢。“一旦在催化剂孔隙中形成气泡，不断增长的气泡就会收集形成的氢气。当气泡随后分离到周围的液体中时，负载的氢载体会流回孔隙，整个过程会重新开始，”PeterWasserscheid解释道原则。

气泡的形成，称为成核，也可以人工诱导，例如通过化学修饰催化剂表面或通过机械刺激。这些发现为多相催化中的性能限制因素提供了新的思路，特别是对于未来的绿色氢经济具有非常高的相关性。