近日，我校能源与动力工程学院张杰讲师作为第一作者和通讯作者，和宁德新能源的工程师唐佳、郑州大学物理学院的刘利娟讲师以及华东理工大学资源与环境工程学院的王杰教授，共同在工程技术领域顶级期刊《Carbon》（《碳》）（中科院一区Top，IF: 8.821）上发表题为“褐煤焦水蒸汽气化过程中活性钙催化剂的演变”（The evolution of catalytically active calcium catalyst during steam gasification of lignite char）的研究论文。该研究证实了水蒸气-褐煤焦气化制氢过程中，高反应活性钙的赋存形式及其演变过程。
氢气是理想的可持续能源载体，其终端使用具有零排放的特征。氢气可以利用化石燃料、生物质、光催化等方法制备。尽管近期的许多工作都集中于利用可再生能源或光解水产氢，但对于化石能源大国，仍须考虑如何清洁高效利用化石燃料。得益于工艺技术的发展，煤气化技术可快速用于大规模制氢。煤催化气化因其反应温度低、成本低和高选择性的工艺优势，具有良好的制氢前景。
论文作者以褐煤焦为研究对象，受褐煤煤焦高反应活性的特性启发，进一步利用脱灰褐煤原生羧基官能团结构进行离子交换，获得高反应活性有机钙活性位点，并和负载钾的褐煤焦气化反应性进行对比，证实了两者在催化机理上的差异。高活性钙的赋存形式在领域内长期不甚明朗，作者借助X射线吸收近边结构（XANES）分析技术，发现羧基结合的钙是催化剂的活性形式，而气化过程中钙催化剂失活是由于羧基结合的钙转化为其他化学形式。有机结合的钙在早期气化阶段不仅提供了大量活性位点，也创造了多孔焦结构，从而提高了煤焦催化反应活性。该成果对后续研究褐煤催化气化制氢具有重要现实指导意义和理论价值。
该研究工作得到了上海理工大学“自然科学培育基金”和“博士科研启动资金”的资助(Grant No. ZR20PY05 and 1D-19-301-005)，同时还得到了能动学院研究平台和科研团队的大力支持。
论文链接：Carbon 172(2021) 162-173; https://doi.org/10.1016/j.carbon.2020.09.089
通过XANES检测的钙化合物演化以及煤焦气化的活性位点/中间体机理图
供稿：能动学院
