元素百科介绍钴酸钙相变催化剂，用于生物甘油稳定制氢。高效制氢过程是进入“氢经济”的基础，也是化工、材料、能源、化工等领域的研究热点之一。与电制氢和光制氢相比，热催化制氢具有原料适用性广、效率高、成本低等优点，是目前最重要的制氢技术。在热催化制氢中，吸附增强重组（SESR）通过原位捕获CO2，促进反应平衡移动，一步生产高纯度氢气，同时固定和集中CO2，以便进一步利用。然而，该技术的实际应用严重受到高温条件下吸附剂和催化剂烧结引起的失活。
近日，华南理工大学余浩教授与北卡罗来纳州立大学李凡星教授合作，利用钴酸钙材料在反应脱碳过程中的可逆相变，有效解决烧结问题。一般情况下，材料在高温下烧结可以降低表面能量，有利于热力学。然而，除了催化剂和吸附剂烧结的驱动力外，高温反应条件还有望实现催化剂和吸附剂之间的固相反应。如果进行这种固相反应，相当于将催化剂和吸附剂重组分散到新的物相中，而不是烧结。从这个想法出发，作者提出利用钴酸钙在SESR过程中的相变来解决SESR过程中的烧结问题。甘油在550℃下发生重组反应，产生的氢将钴酸钙还原为Co和Cao，然后Co作为催化活性成分，Cao作为吸附剂完成SESRG过程，获得高纯度氢，Cao转化为CaCO3。然后，在800℃的脱附条件下，Co和CaCO3通过固相反应重新产生钴酸钙，避免了Co和Ca物种各自的烧结。这一策略巧妙地利用Co和Ca之间相互分散的钴酸钙来取代Co和Ca物种的丰富，以提高其稳定性。
钴酸钙催化剂120圈反应-再生循环试验结果表明，催化剂具有很好的SESRG稳定性。氢气浓度始终在95%左右，甘油转化率稳定在99%以上。他们进一步研究了循环过程中的突破时间和Cao的利用率。在整个稳定性测试中，突破时间为7.5min，Cao利用率稳定在78%，表现出优异的稳定性。XRD、TPR、SEM等手段证明催化剂物相在反应-脱附两个阶段发生可逆变化。
这种稳定性也得益于钴酸钙材料独特的结构和高温相平衡行为。钴酸钙具有层状结构，高温下各种亚稳态钴酸钙的转化使其在二氧化碳脱附阶段自发形成两面针状多级纳米结构。该结构的产生自发修复了材料烧结，确保催化剂在下一个循环中与反应气体充分接触，具有良好的产氢性能。
本研究提出了利用钴酸钙材料在SESRG反应-再生阶段的相变来解决高温烧结问题的新思路，不仅为SESR技术提供了稳定的双功能材料设计，而且有助于设计其他高温反应材料。
