NIMS開發氧化鋁基觸媒,提升液氫儲存穩定性、降低蒸發損失

 

刊登日期:2026/4/28
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日本物質材料研究機構(NIMS)與東京科學大學研究團隊開發出一種可降低液態氫蒸發損失的新型觸媒。此項技術透過在冷卻過程中,促進氫分子自旋由平行排列轉換為反平行排列(Ortho–Para Hydrogen Conversion),使能量狀態更加穩定,進而抑制因放熱引發的蒸發損失。相較於既有觸媒,其轉換性能提升約3倍,且可使用氧化鋁(Al₂O₃)等低成本材料製作,能有助於提升氫能利用效率。
 
研究團隊開發的觸媒係於氧化鋁上擔載約5%鈷(Co)的結構。氣態氫分子會先吸附於鈷金屬表面,再透過氧化鋁表面的電場與氫分子自旋之間的相互作用,促使自旋由平行轉為反平行。其轉換速率常數相較於既有以錳氧化物為主的磁性觸媒提高約3倍。
 
在機制方面,既有觸媒主要利用錳等材料的磁性以誘導自旋轉換,而新觸媒則改以表面電場為核心機制。研究團隊選用具有高價數陽離子的鋁元素,以強化氧化鋁表面電場效應;同時,鈷等過渡金屬具有良好的氫分子吸附能力,可作為將氫分子引導至氧化鋁表面的媒介。
 
一般而言,在常溫下氫分子中約75%為正氫(Ortho-hydrogen),25%為仲氫(Para-hydrogen),而仲氫狀態在低溫下更為穩定。然而在液化過程中,快速冷卻會使部分正氫殘留。當液態氫儲存在低溫耐壓容器中時,容器材料(如鋼鐵)會作為觸媒,促使正氫逐步轉換為仲氫,並釋放熱量,導致液態氫蒸發。此次開發的觸媒可在液化過程中預先促進轉換,從源頭抑制儲存期間的蒸發損失問題。

資料來源: https://www.nikkan.co.jp/articles/view/00778638
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