一种安全简单且经济实惠的氢气存储和回收方法

理化学研究所突发物质科学中心 (CEMS) 的研究人员发现了一种利用化学反应来储存氨的化合物，有可能提供一种更安全、更简单的方法来储存这种重要的化学物质。这一发现于7月10日发表在《化学会杂志》上，不仅使安全、方便地储存氨成为可能，而且还使重要的氢得以携带。这一发现应该有助于引领通往具有实用氢经济的脱碳社会的道路。

为了让社会从碳基能源转向氢基能源，我们需要一种安全的方式来储存和运输氢气，而氢气本身是高度可燃的。一种方法是将其存储为另一个分子的一部分，并根据需要提取它。氨(化学式为 NH 3)是一种很好的氢载体，因为每个分子中包含三个氢原子，按重量计算，氨中几乎 20% 是氢。

然而，问题在于氨是一种高度腐蚀性气体，难以储存和使用。目前，氨通常通过在远低于冰点的温度下液化来储存在耐压容器中。多孔化合物也可以在常温常压下储存氨，但储存容量较低，且氨不易回收。这项新研究报告了钙钛矿的发现，这种材料具有独特的重复晶体结构，可以轻松储存氨，并且可以在相对较低的温度下轻松完整地恢复。

RIKEN CEMS 的 Masuki Kawamoto 领导的研究小组专注于钙钛矿乙基碘化铅铵 (EAPbI 3 )，化学式为 CH 3 CH 2 NH 3 PbI 3。他们发现其一维柱状结构在室温和压力下与氨发生化学反应，并动态转变为二维层状结构，称为氢氧化碘化铅或Pb(OH)I。这一过程的结果是，氨通过化学转化储存在层状结构内。因此，EAPbI 3可以安全地将腐蚀性氨气作为氮化合物储存，其过程比在压力容器中 -33°C (-27.4°F) 下液化要便宜得多。更重要的是，回收储存的氨的过程也同样简单。

“令我们惊讶的是，通过轻轻加热，储存在乙基碘化铅铵中的氨可以很容易地提取出来，”川本说。储存的氮化合物在 50°C (122°F) 真空条件下发生逆反应并返回氨。该温度远低于从多孔化合物中提取氨所需的 150°C (302°F) 或更高温度，从而使 EAPbI 3一种以简单且经济高效的工艺处理腐蚀性气体的优异介质。此外，钙钛矿恢复一维柱状结构后可以重复使用，从而可以重复储存和提取氨。额外的好处是，通常为电影 的化合物在反应后变成白色。Kawamoto 表示，“该化合物在储存氨时能够改变颜色，这意味着可以开发基于颜色的氨传感器来确定储存的氨量。”

新的存储方法有多种用途。在短期内，研究人员开发了一种安全的氨储存方法，该方法已经在社会上有多种用途，从肥料到药品再到纺织品。“从长远来看，”RIKEN CEMS 的合著者 Yoshihiro Ito 说道，“我们希望这种简单而有效的方法能够成为通过使用氨作为无碳氢来实现脱碳社会的解决方案的一部分载体。”

这项研究将有助于实现联合国制定的2016年可持续发展目标(SDG)，特别是目标7：负担得起的清洁能源和目标13：气候行动。

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