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中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授曾杰、姚濤、王占東，副教授李洪良團(tuán)隊(duì)合作，提出并驗(yàn)證了甲烷介導(dǎo)的氨動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)想。相關(guān)成果近日發(fā)表于《德國應(yīng)用化學(xué)》。

氨動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)在實(shí)現(xiàn)碳中和方面展現(xiàn)了巨大潛力。然而，氨氣作為發(fā)動(dòng)機(jī)燃料，面臨火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊?、自燃溫度高、點(diǎn)火能量高以及燃燒極限窄等挑戰(zhàn)，有害污染物氮氧化物的排放問題尤為嚴(yán)重。解決氨氣作為燃料燃燒特性差，以及有害尾氣排放等問題，極其重要。

不同于直接燃燒氨氣，研究團(tuán)隊(duì)提出了一種創(chuàng)新的氨動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)想——選擇甲烷作為媒介，將甲烷燃燒與尾氣原位處理相結(jié)合，間接實(shí)現(xiàn)氨氣的燃燒，既實(shí)現(xiàn)了氨氣的零碳排放，又避免了氨氣燃燒本身的缺陷。

為實(shí)現(xiàn)這一構(gòu)想，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了“空間解耦”和“空間耦合”兩條路徑。“空間解耦”路徑將尾氣處理分為兩步。先利用負(fù)載型釕團(tuán)簇催化劑催化氨氣裂解產(chǎn)生氮?dú)夂蜌錃?，氨氣的轉(zhuǎn)化率達(dá)到100%；然后將裂解產(chǎn)生的氫氣與尾氣中的二氧化碳反應(yīng)，在負(fù)載型鎳基催化劑作用下生成甲烷，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率達(dá)到97.4%，甲烷的選擇性接近100%。“空間耦合”路徑將氨和尾氣中的二氧化碳直接反應(yīng)，生成氮?dú)狻⒓淄楹退?，氨和二氧化碳的轉(zhuǎn)化率分別達(dá)到80.1%和49.3%。這兩種方式均實(shí)現(xiàn)了氨氣與氧氣的非接觸性反應(yīng)，從而避免了氮?dú)膺^度氧化生成氮氧化物。

采用該設(shè)計(jì)，研究人員可以將傳統(tǒng)的甲烷燃料發(fā)動(dòng)機(jī)改造成氨動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)。基于這一設(shè)計(jì)理念，其他由汽油或柴油驅(qū)動(dòng)的發(fā)動(dòng)機(jī)也可以通過將二氧化碳甲烷化替換為二氧化碳加氫制汽油或柴油反應(yīng)，改造成氨動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)。

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1002/anie.202420292

（原載于《中國科學(xué)報(bào)》?2024-12-10?第1版?要聞）