基于甲烷蒸汽重整（MSR）的工业制氢仍然面临着大量的碳排放，由于催化剂上焦炭沉积而导致的氢生成受阻以及大量用水的严重挑战。

近日，武汉大学肖巍教授报道了一种在500 °C下的Li₂CO₃-Na₂CO₃-K₂CO₃-3wt%Li₂O熔盐中电化学分解甲烷（ESM）的方法，从而实现了以节能、无排放和无水的方式生产氢气。

文章要点

1）500 ℃下，在含氧离子（O²⁻）熔融碳酸盐中，CH₄电化学氧化的热力学上最有利的途径是产生CO₂和H₂。因此CH₄在Ni-YSZ（Ni修饰的氧化钇稳定的氧化锆）阳极上可以通过O^2-氧化成H₂和CO₂（反应1）。而CO₂被熔体中的O^2-原位捕获，形成可溶的碳酸盐离子（反应2），该离子扩散到Ni阴极并还原为固态碳（反应3）。同时，释放出的O^2-参与了CH₄的氧化和CO₂的再次原位捕获，保证了熔盐的稳定性。总体而言，CH4电化学被独立分解为阳极处的H₂和阴极处的碳，进而实现了碳沉积与H₂生成之间的空间隔离。

2）采用ESM有效避免了在H₂生成位点（即Ni-YSZ阳极）上焦炭的沉积。同时，CH₄中的碳原子完全以固态碳的形式固定在阴极，从而避免了CO₂的排放。此外，ESM的ΔH低于甲烷干重整（MDR）和MSR，显示了其低能耗优势。此外，由于ESM过程不再需要H₂O，因此减轻了干旱地区的额外水压力。

参考文献

Zeyu Fan, Wei Xiao, Electrochemical splitting of methane in molten salts to produce hydrogen, Angew. Chem. Int. Ed., 2021

DOI: 10.1002/anie.202017243

https://doi.org/10.1002/anie.202017243