表面等离子体共振传感器实时监测液态有机氢载体(LOHC)氢化状态的研究

为解决液态有机氢载体(LOHC)氢化状态实时监测难题，韩国电力公司研究人员创新性采用DVD-R基底表面等离子体共振(SPR)传感器，通过追踪氢化过程中二苄基甲苯(DBT)折射率变化（1.6034降至1.4953），实现氢含量与等离子体波形偏移的强关联。该技术突破传统GC/NMR方法实时性差、成本高的局限，为大规模LOHC储氢系统提供新型过程管理工具。

　　

在全球能源结构转型背景下，氢能作为零碳能源载体面临存储与运输的技术瓶颈。传统高压压缩或低温液化储氢方式存在安全风险与能耗过高问题，而液态有机氢载体(LOHC)以其50-60 kg/m³的高体积储氢密度和常温常压安全性成为突破点。然而，现有氢化状态监测依赖核磁共振(NMR)、气相色谱(GC)等离线方法，存在分析延迟、设备昂贵等缺陷，严重制约大规模工业应用。

韩国电力公司研究团队在《International Journal of Hydrogen Energy》发表的研究中，开创性地将光盘轨道结构表面等离子体共振(SPR)传感器应用于二苄基甲苯(DBT)氢化过程监测。通过Ru/Al₂O₃催化剂在150°C、50 bar条件下催化DBT氢化，结合折射仪定量测定折射率变化，发现完全氢化DBT折射率较脱氢态降低0.1081。DVD-R基底SPR传感器成功捕获到等离子体吸收峰位移与氢含量的线性关联，其灵敏度达传统方法的实时监测要求。

关键技术方法
研究采用5 Nm³/hr批次反应器进行DBT氢化，使用5 wt% Ru/Al₂O₃催化剂（金属反应物摩尔比0.4）。通过核磁共振表征结构变化，阿贝折射仪测定折射率，并创新性利用DVD轨道间距结构SPR传感器监测等离子体波形偏移，建立波长位移与氢化度的定量关系。

氢化DBT的反应分析与结构转化
LOHC技术通过碳碳双键的可逆加氢实现储氢，但芳香环氢化会导致电子云密度降低。NFPA火灾危险指数显示氢气的最高可燃性等级(4级)使安全监测尤为重要。实验证实DBT氢化后从平面芳香结构转变为立体饱和结构，折射率下降反映电子极化率变化。

结论
研究证实SPR传感器可通过纳米级波长位移实时反映DBT氢化度，其检测限与响应速度显著优于传统方法。该技术为未来千吨级LOHC储氢设施提供过程控制新范式，Baeck Bum Choi团队指出该方法可扩展至其他LOHC体系监测，推动氢能基础设施智能化发展。

讨论
相比需要样品前处理的NMR（单次分析约30分钟）或GC，SPR传感器实现秒级响应，且设备成本降低90%。研究首次揭示LOHC折射率与氢化状态的定量关系，为开发嵌入式监测探头奠定基础。韩国电力公司资助的该项目标志着氢能监测技术从实验室走向工程化应用的关键突破。