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氫是一種非常重要的化學元素，具有廣泛的用途。氫氣主要用途是合成氨工業，據統計近年來在我國，合成氨使用的氫氣約占氫氣總消耗量的80%以上，合成氨用的氫氣大部分是天然氣、石油或重油蒸汽轉化或部分氧化制取。同時，氫氣作為可再生能源包括風電、水電、光伏發電等的能源載體，在這些可再生能源和電能之間建立起了一座儲運的橋梁，起著電網消納調節功能。此外，在半導體行業，高純氫氣發揮重要作用，在晶體的生長與襯底制備、氧化工藝、外延工藝中以及化學氣相沉積技術中，均需要用到氫氣。半導體工業對氫氣存度要求極高，微量雜質的摻入會改變半導體的表面特性。

制氫與儲氫

氫能屬于二次能源，需要通過各種一次能源制取，其中包括礦物燃料、核能、太陽能、水能、風能及海洋能等。目前有五種主要的制氫方式：礦物燃料制氫（灰氫）、工業副產物制氫、電解水制氫、生物質制氫及太陽能制氫（綠氫）。

圖1：氫的分類

以煤、石油、天然氣為原料制備氫氣是主流的制氫工藝，制氫產量大且技術成熟，也是當前氫的主要來源。電解水制氫則可以說“最捷徑”的方法，傳統的電解水制氫方法耗電太多，成本高，故該方法在制氫行業中所占的比例小。目前電解水制氫技術中，根據電解槽隔膜材料的不同，主要分為堿性電解水制氫(AE)、質子交換膜電解水制氫(PEM)和高溫固態氧化物制氫(SOEC)這三種。直接利用太陽能分解水制氫是最具吸引力的制氫途徑，1972年日本科學家藤嶼和本多在《科學》雜志上發表TiO2電極上的光解水產氫的論文，說明光照TiO2電極可以導致水分解從而產生氫氣，該研究首次揭示了將太陽能直接轉換為氫和氧的可能性。現在光電化學分解水制氫以及隨后發展起來的光催化分解水制氫已成為全世界關注的熱點。

圖2：制氫、儲氫、用氫示意圖

氫氣可以被冷卻到低溫，作為液體儲存，或者壓縮到高壓、在接近環境溫度時作為氣體儲存。此外，它可以以化學形式儲存在富氫液體和固體中，或者以分子或原子形式儲存在固態材料中。其中安全性好、高密度且輕質的固態儲氫材料是當前儲氫領域研究的重點問題。

萊馳球磨儀在制氫催化劑與儲氫材料制備上的應用

萊馳球磨儀可用于制氫光催化劑制備

如前所述，光催化分解水制氫具有清潔無污染的優點，是目前全世界研究的熱點。催化劑在太陽光的作用下，半導體的價帶VB上的電子受到光能激發越過禁帶進入導帶CB，產生空穴和自由電子，兩者分離形成載流子并逐漸遷移到催化劑表面，在表面發生氧化和還原反應產生氧氣和氫氣，并在催化劑表面析出。常見的光催化劑有TiO2 、過渡金屬硫化物及石墨相氮化碳g-C3N4等，目前光催化分解水制氫依然受到析氫效率、成本因素以及繁雜的催化劑構建方法的制約，具有更高析氫效率的光催化劑依舊是研究者需要重點關注的方向。

光催化劑的顆粒大小對催化劑的效果有著顯著的影響，一般而言，顆粒越小比表面積越大，催化效果越好。萊馳球磨儀不但可以用于制備納米級的TiO2，也可以用于TiO2復合光催化劑的制備來改善催化劑的性能。以下圖片是Retsch球磨儀研磨TiO2粉末示例【參數：進樣尺寸:3um | 批次處理量:10g | 時間:30/120min | 工作頻率:35Hz | 配置:氧化鋯研磨罐125ml氧化鋯研磨球0.1mm 75ml | 分散劑:六偏磷酸鈉 | 出樣細度:120nm/90nm】。

圖3：用萊馳球磨儀制備納米級TiO2

萊馳球磨儀可用于固態儲氫材料制備

潛在的固態儲氫材料有很多種，包括微孔材料、金屬氫化物及復合氫化物。在微孔內，氫氣被有效地壓縮到高密度，與相同溫度和壓力下的自由氣體相比，氫的體積密度明顯增加。屬于這一類別的材料包括活性炭、分子篩、金屬有機框架MOFs和微孔有機聚合物。金屬氫化物可將氫原子儲存在材料中，氫氣分子在材料表面分裂成氫原子，然后擴散到材料體內，大量金屬化合物以這種方式吸收氫。將高熵合金引入儲氫合金方向的研究是近年來的熱點之一，高容量輕質儲氫材料研發主要著眼于多主元高熵合金的儲氫性能，Mg-Ti合金因Mg 和Ti 均為輕質的吸氫元素且其形成的氫化物具有高的質量儲氫密度，被視作高容量輕質儲氫材料的候選之一。

用機械球磨法在實驗室制備新型固態儲氫材料是萊馳高能球磨儀在這一領域的最主要應用，這一應用主要源于機械合金化，在研磨球的高能撞擊和擠壓下，細粉顆粒發生塑性形變并焊合在一起，從而制備出更大自由度混合比的樣品。無論是用機械能將金屬離子和有機配位體混合使其在固定條件下形成MOFs，還是多種元素混合制成高熵合金，萊馳高能球磨儀都能在新材料制備中助您一臂之力。

針對萊馳球磨儀MM400在金屬有機框架合成上的應用，我們曾發表專題文章，詳細介紹了MM400如何用濕法研磨法快速合成了MOFs材料的原理，原文文章內容請見：“前沿應用 | Retsch MM400助力金屬有機框架材料合成”。

同時，對球磨儀制備Mg-Ti高熵合金時應注意的問題我們也曾發表過專題文章：“為什么要選擇萊馳球磨儀進行高熵儲氫合金制備？”值得注意的是在制備的過程中，由于球磨時間太長，Mg有被氧化的可能性，進而可能會影響到實驗結果即合金的吸氫性。因此，采用機械密封性能更好、能量更高且同時能在實驗過程中進行氣氛保護的球磨設備是更好的選擇。萊馳球磨儀的通氣頂蓋設計可以用來進行需要氣氛保護的實驗，在我們推薦兩款萊馳高能球磨儀產品來進行實驗室的高熵合金制備。

圖4：萊馳高能球磨儀EMAX

地球上淡水量遠遠沒有海水多，現階段的技術都是利用淡水電解制氫。如果可以直接利用海水制氫，實現咸水制氫，在催化劑、離子膜等幾個關鍵材料問題上實現突破，那大海就變成“氫礦”了。展望未來，隨著可再生能源制氫的產業化、大規模輸氫儲氫方式的突破尤其是固態儲氫材料的發展，氫能將更加深刻地改變我們的生活。弗爾德萊馳也將繼續在光催化劑合成制備和固態儲氫新材料的制備上獻上自己的綿薄之力，在接下來的文章中，我們還將對催化劑制備做具體的應用介紹，敬請期待。

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