甲烷重整新路线制氢更高效

扬州大学教授施慧研究团队和德国慕尼黑工业大学的研究人员，一起展开了研究合作，并且将相关的研究成果发表在《自然-催化》杂志上。该科研团队，第一次证明了，在甲烷硫化氢重整反应中，前过渡金属氧化物有非常明显的催化剂的活性。该研究结果展现了表面动态形成的硫物种能够发挥的巨大作用。

现阶段，对比其他的传统燃料，氢能明显具有更高的效率，在工业中的应用范围很广。而甲烷高温重整反应可以大量产氢。但是，有别于之前普遍见到的甲烷水蒸气重整和二氧化碳干重整，使用硫化氢对甲烷开展重整，不仅能够生成大量的氢气，还可以直接利用酸性天然气矿。但该反应在热力学上还存在一定的难题。

对于这个难题，科研团队第一次系统性地评价了甲烷硫化氢重整反应的催化体系和催化剂本征活性。研究人员发现，对甲烷开展重整，硫化氢具有显著的催化活性。

科研团队在研究中发现，借助于动力学实验，以及氢氘同位素交换的实验，氢气生成过程和硫化氢分解过程所涉及到的全部表层基元步骤，几乎都能够达到它们各自的化学平衡。表面碳和硫物种的结合是一种不可逆的过程，但是甲烷的第一步碳氢键解离则完相反，具有很强的可逆性。

“决速程度最高，一般来说代表着总包反应的时间长短主要是看这一步骤的时间长短。这一步好比‘木桶的短板’，从化学反应发生速率角度来讲，是极为重要的一步。”施慧教授在采访中表示，一个高效率的催化剂必须要充分降低甲烷第一个碳氢键解离的难度”。

研究人员还发现，过渡金属氧化物和硫化物的反应机理，独具特色，且适用性更高，所以动态形成的低配位表面弱吸附硫物种催化甲烷碳氢键活化的机制，为设计更为高效率的催化体系提供了理论基础。

在高温、硫化氢存在条件下，甲烷在一系列廉价金属氧化物催化剂表面发生重整反应，该研究展示了这一反应机理。对比其他的传统的甲烷重整工艺，研究人员所研发的甲烷硫化氢重整方法，在理论上不仅可以产生更多的氢，还可以直接酸性天然气，这一研究方法为催化剂提供了新的设计和工艺思路。