一項附屬於UNIST的研究揭示了一種將廢棄蛋殼轉化為氫氣的新方法，氫氣是未來一種創新的替代能源。該新方法被用作醇轉化為氫的催化劑，用於反應後在殼層上合成石墨烯。這種生產增值石墨烯和純氫的技術，同時回收食物垃圾，是一種「一石三鳥」的方式。這項研究由UNIST能源和化學工程學院的Jong-Beom Baek教授及其研究團隊領導，研究了選擇性催化反應的基本機理，並提出了一種新的環境友好方法，用於將醇高效轉化為有價值的產品(石墨烯和H2)。
在這項研究中，研究小組用蛋殼的主要成分碳酸鈣(CaCO3)生產氧化鈣(CaO)，並發現這種物質可以用作催化劑，用於生產氫氣和石墨烯。使用CaO作為催化劑，使反應在比傳統催化劑更低的溫度下進行，並產生了無需任何分離過程即可使用的氫氣。
在反應過程中，在氧化鈣上沉積一層薄薄的碳(C)以形成石墨烯，通過簡單的操作就可以很容易地剝離石墨烯。氫可以從含有氫的材料中獲得，其中包括H2O、CnH2n+2和CnH2n+1OH。
此時，需要進行化學反應，並且每個反應都需要合適的催化劑。而CaO在乙醇制氫過程中表現出優異的催化性能。酒精是通過發酵植物和微生物獲得，因此它是一種生態友好的能源，未來可以繼續大規模生產。由於酒精成分是氫，碳，氧，可以轉化為其他有用的形式。已經有超過700°C的高溫被用來將蒸汽轉化為氫基和碳基材料。然而，除了氫之外，甲烷、一氧化碳和乙烯等副產品也是在700°C或更高的高溫下產生。
因此，有必要從產生的氣體中只選擇氫氣，並且氫氣生產單價也會提高。研究解決了用酒精作為催化劑生產氫氣的缺點，用蛋殼製備的氧化鈣將反應溫度降低到500℃。結果，99%的產生氣體是氫氣，當用酸除去催化劑時，BNPGr以即用狀態產生。氧化鈣是一種廉價的材料，而且它對環境友好，因為它可以從回收的蛋殼中製成，氫氣和石墨烯都是經濟型的，因為它們可以在沒有任何分離過程的情況下使用。
作為第一作者領導這項研究的韓高鋒博士（UNIST能源與化學工程學院）從食堂收集蛋殼開始，還加熱蛋殼以產生CaO，並將其用作乙醇的水蒸氣重整反應的催化劑。此外，還解決了酒精轉化為氫和石墨烯的原理，以及CaO在這個過程中的作用。使用氧化鈣的乙醇蒸汽重整方法，將對商業環境產生同樣的影響，在商業環境中，反應進行的規模要大得多，研究人員希望這項研究成果將有助於回收包括乙醇在內的生物資源。
博科園｜研究/來自：UNIST
參考期刊《Advanced Materials》
DOI: 10.1002/adma.201807267
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