革新绿色制氢：ITQ与ITACA团队将氧化还原循环温度从1300°C降至400°C

由瓦伦西亚理工大学（UPV）与西班牙高等科学研究理事会（CSIC）联合研究中心——化学技术研究所（ITQ），以及UPV的信息与通信技术研究所（ITACA）组成的团队，已开发出材料设计方案，可改善利用微波辐射从水中制取氢气的过程。该工艺使得能够利用可再生电力获取氢气，从而避免制氢过程中产生二氧化碳排放。

该研究聚焦于通过氧化还原循环显著提升绿色氢气生产。在这一循环中，材料从水中摄取并释放氧气，同时将氢气与氧气稳定分离。由于设计和使用了具备这些氧化还原特性并能响应微波辐射的材料，该工艺得以利用可再生电能生产绿色氢气。该氧化还原化学循环的基础是在外加电磁场作用下，不同元素原子之间的电子转移，从而实现该过程的电气化。

微波在氧化还原过程的电气化中提供了独特的优势，例如无需接触即可提供电能，以及显著降低循环温度（从1300°C降至400°C），这也降低了制氢工艺的复杂性并最大化能源效率。

主要创新点

该工作的主要创新在于对决定工艺性能的材料特性进行了详尽研究。研究为材料设计奠定了基础，以调节氧和氢气的产出，并根据目标应用调整材料的激发态。此外，研究还证明，可以通过快速且高度可控的脉冲过程来提取氧气。

“微波应用腔体的设计，以及对这些材料辐射过程的控制，对于充分利用微波技术提供的独特优势至关重要。近年来，该技术因其可快速扩展和高能效，已在众多工业应用中得到巩固。”UPV信息技术与通信技术研究所（ITACA）所长何塞·曼努埃尔·卡塔拉解释道。

“在研究过程中，我们对引入基体材料（氧化铈）中的不同掺杂剂对氢气生产的影响进行了详细研究，目的是调整材料与微波辐射的相互作用以及所得激发态材料的性能。随后，我们研究了该材料的产氢能力及其过程控制机理，这将为未来的材料设计提供便利。”ITQ（UPV-CSIC）所长何塞·曼努埃尔·塞拉表示。

该研究发表于《先进能源材料》期刊，并已证明所设计和使用的用于改善制氢的材料具有抗性和稳定性。

该项目由科学、创新与大学部通过欧洲NextGenerationEU基金和Ramón y Cajal合同，以及瓦伦西亚自治区政府共同资助。