等离子体辅助化学链甲烷干重整室温制氢技术突破

针对传统甲烷干重整(DRM)反应高温积碳严重、能耗高的瓶颈问题，研究人员创新性提出等离子体辅助化学链(CL-DRM)策略，采用γ-Al2O3催化剂在介质阻挡放电(DBD)等离子体协同作用下，实现室温条件下甲烷转化率40%、CO2转化率45%及80%氢气纯度，为低碳制氢提供了绿色新路径。

　　

在碳中和目标推动下，如何高效转化温室气体甲烷(CH₄)和二氧化碳(CO₂)成为科研热点。传统甲烷干重整(DRM)虽能生产合成气，但需850℃以上高温且易积碳失活。化学链DRM(CL-DRM)虽能分离产物氢(H₂)和一氧化碳(CO)，但仍需700℃高温。面对这一能源与环境双重挑战，上海某高校联合斯洛文尼亚团队在《Fuel》发表研究，开创性地将介质阻挡放电(DBD)非热等离子体(NTP)与化学链策略结合，首次实现室温条件下CL-DRM高效制氢。

研究采用DBD反应器与循环水电极系统，通过两步法策略：先使CH₄在γ-Al₂O₃催化剂上裂解积碳并产H₂，再通入CO₂将积碳转化为CO。关键技术包括等离子体功率调控、催化剂表征（XRD、TEM等）和在线气相色谱分析。

等离子体辅助甲烷转化
实验发现玻璃珠和γ-Al₂O₃填料均能增强DBD中的CH₄转化，其中γ-Al₂O₃因表面酸性位点促进积碳形成。添加5%镍(Ni)使CH₄转化率提升至40%，但过量Ni会导致积碳过度堆积。

积碳气化与CO生成
积碳在CO₂氛围中经等离子体活化可高效转化为CO，遵循布杜尔反应(C+CO₂→2CO)。通过优化放电功率(60W)和空速(1200mL/g/h)，CO₂转化率达45%，且积碳转化率超90%。

结论与意义
该研究突破热力学限制，实现三大创新：(1)室温操作节省85%能耗；(2)产物H₂和CO分离简化后续纯化；(3)积碳资源化利用使过程具碳负性潜力。相比传统CL-DRM需700℃（如LaFe_0.2Ni_0.8O_3-δ催化剂），该技术将反应温度降低约670℃，为绿氢生产提供颠覆性解决方案。