废木材生产氢气和重要化学品的新型生物燃料

2023/2/23 来源：不详

通过分解木质素产生副产品和氢气的示意图。图片：UNIST

科学家开发了一种生产氢的新技术，该技术通过生物质（例如废木材）分解过程中产生的电子而生产氢气。生物质分解后产生的是一种高附加值的化合物，并且可提高制氢效率。

由UNIST能源与化学工程学院的JungkiRyu教授领导的研究小组介绍了一种新的生物燃料系统，该系统利用生物质中的木质素生产氢气。该系统用钼基催化剂磷钼酸（PMA，PhosphomolybdicAcid）分解木质素以产生高附加值的化合物，并且在此过程中提取的电子有效地产生了氢。

产生氢气的一种环保方式是电解水。电压被施加到水上以同时产生氢和氧。然而，在当前报道的技术中，氧气产生反应（OER）缓慢且复杂，并且氢气产生效率低。这是因为氢气（H2）是由氢离子（H+）获得电子产生的，这些电子来自氧释放反应。

通过这项研究，Ryu教授及研究小组开发了一种新的生物燃料系统，该系统使用木质素作为电子供体，从而提高了氧气释放反应（OER）的整体效率。这是使用磷钼酸在低温下分解木质素并提取在生产氢气的过程中需要的电子。该新设备旨在将电子从木质素沿金属丝移动到发生析氢反应（HER）的电极。

“有了这个新系统中，可以用比常规电解水较少的能量（过电压）产生氢，没有制氧反应的需要，因此不需要高能量和贵金属催化剂。”研究的第一作者，UNIST能源与化学工程学院HyeonmyeongOh博士说：“常规方法需要超过1.5伏特，但是新系统能够以更低的电势（0.95伏特）产生氢气。”

此外，通过木质素分解产生的香草醛（vanillin，香兰素）或一氧化碳（CO）对于各种工业过程都是非常有用的物质。这项研究的共同作者，研究助理教授YuriChoi表示：“木质素是自然界中第二自然丰富的生物质，很难分解。但是，使用磷钼酸时，木质素在低温下很容易降解。”

Ryu教授说：“新的生物燃料系统是一种利用廉价、低压的催化剂而不是昂贵的催化剂（如铂）来生产氢气和有价值的化学品的技术。我们的工作也很有意义，因为它提出了一种新的方法来代替水电解中产生氧气的反应。”

这项研究的结果已于年1月3日发表在ACSCatalysis中。