低温甲醇水重整制氢催化剂研究进展

甲醇具有结构简单、含氢量高、产能大等优点,利用甲醇与水蒸气进行重整是一种节能高效的现场制氢方式.甲醇水蒸气重整(MSR)与燃料电池联用能够实现多场景应用,但由于反应温度较高(250～300℃),存在启动速度较慢、副产CO含量较高和热效率较低等问题.低温甲醇水重整(LT-Methanol Water Reforming,LT-MWR)包括低温甲醇水蒸气重整(LT-MSR)与液相甲醇水重整(Aqueous-phase Reforming of Methanol,APRM),反应通常在200℃以下进行,同时保持较高的反应活性,进而能够减少预热时间、减弱副反应发生,且能与燃料电池实现更强的热耦合.本工作首先介绍了商用催化剂优异的性能与存在的缺陷,然后对低温甲醇水重整制氢催化剂,诸如Cu基催化剂、贵金属催化剂与光协同催化剂的研究进展进行了回顾.归纳了低温铜基催化剂的改性策略,包括合成方法、结构设计与元素掺杂.对国内外商用CuZnAlOx催化剂结构与性能的测试表明,其转化率高和稳定性好,存在的缺陷是价格较贵且在低温区催化活性急剧下降.Cu基催化剂活性受温度影响较大,在低温区活性很低,但通过适当的改性能够实现其应用价值,其改性策略包括合成方法、结构设计与元素掺杂.贵金属催化剂低温下活性较高,但存在价格昂贵、合成复杂等缺点.光协同催化剂则是在光照条件下进行催化重整,尚处于研究阶段.对于Cu基催化剂,合成方法的改进能够大大改善催化剂的微观混合程度与可重现性.适当的结构设计可提升催化剂的比表面积与热稳定性.元素掺杂则能够提升活性组分的分散度,修饰催化剂表面结构.三种改性策略能够有效提升Cu基催化剂低温下甲醇重整制氢的性能,在保持较高活性的同时,降低CO副产物的含量.展望了低温甲醇水重整制氢催化剂的发展前景和挑战,对催化剂的开发与应用有指导意义.