含微量貴金屬的鈣钛礦類活性材料光熱分解H2O和/或CO2的方法

　　由于化石能源的不可持續性，以及其使用所産生的溫室效應、環境汙染等問題，使得潔淨的、環境友好的可再生能源體系的研究迫在眉睫。我國當前是CO2排放第二大國，CO2排放量呈較快增長的態勢，受到越來越多的國際社會壓力。太陽能具有取之不竭、潔淨無汙染、可再生等優點，使用太陽能將H2O及溫室氣體0)2轉化爲便于儲存的化學燃料，日益受到國際社會的廣泛關注。

使用金屬氧化物作爲活性材料的兩步熱化學循環分解H20/C02技術就是集太陽能儲備與化學燃料制備于一體，是當前新能源研究和開發領域的熱點之一。該反應的要紧步驟爲:(1)活性材料第一在高溫(高于1200°c)下的惰性氣氛中還原，放出氧氣。(2)含有大批氧空位的活性材料在較低溫度下(低于1200°C)與H20/C02反應，放出H2/C0。具體表達式如下:

V5MO2-V5 MO2- δ +V2O2(g) (I)

H2O(g) /CO2 (g) +7δMO2-s —7sM02+72h2 (g) /CO(g) (2)

熱力學計算結果表明只有少數的金屬氧化物能夠完成這個循環。目前研究比較多的體系有鐵氧化物、ZnO,CeO2、V2O5,SnO2等。

Steinfeld 等首次使用太陽能完成了 ZnO/Zn的循環過程。該過程存在的要紧問題爲高溫下Zn蒸汽與氧气不能即时分离，Zn再次被氧化，並且在水分解的過程中，Zn與水反应生成的ZnO層會包裹在Zn外表而阻止了 Zn與水的接触，从而克制了制氢反应。V2O5,SnO2以及GeO2等易揮發氧化物都存在同樣的問題。美國專利(申請號20110059009)詳細介紹了 V2O5的反應裝置及反應條件。

Abanades 等首次完成了 Ce02/Ce203兩步熱化學循環分解水的反應。WilliamC.Chueh等詳細的研究了CeO2體系的循環性能,實驗結果表明500次循環之後，CeO2體系的産氫量以及氫氣産生速率都保全的較好。他們還使用太陽能反應器做了325g CeO2的膨胀實驗，多次循環以後，CeO2仍保全穩定的活性。CeO2體系不揮發，抗燒結能力強，H2/C0産生速率快，循環性能好，具有工業化前景，获得大伙儿的廣泛關注。CeO2體系存在的要紧問題有還原溫度過高；&02具有較高的摩爾質量，導致單位質量産氫量較低；兩步反應的溫度梯度太大，熱量的回收使用比較困難。

從已有報道工作不難發現，兩步熱化學循環分解H2CVCO2的工作還處在基礎研究階段。我們之前的研究工作表明鈣钛礦材料可以在較低的處理溫度下産生較大批的CO以及h2。針對反應速率慢的問題，我們引入催化劑，結果表明催化劑的进入能夠顯著的加快H2和/或CO的産生速率，降低H2和/或CO的産生溫度。