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东京工业大学理工研究所应用化学专业教授大塚洁领导的研究小组日前开发出了利用氧化铁（Fe3O4）的氧化还原反应的贮氢技术，并开始研究将该技术用于燃料电池汽车。其中使用的氧化铁是利用“尿素法”制成的。采用这种方法的优点是可以将氧化铁制成约100nm的微粒子，而且还可以加入铝等催化剂使其均匀扩散。 氧化铁与氢气发生还原反应后生成铁（Fe）。把生成的Fe作为贮氢材料，加入水进行氧化反应后则可以生成氢。从理论数值上讲，Fe可以生成4.8wt%的氢，试验数值也相当接近理论数值。考虑到贮氢合金的氢吸藏量仅为2wt%多一点，氧化铁的贮存密度可谓相当高。另外，生成氢的条件为约300℃、常压，因此便于实际应用。大塚认为同其它的贮存材料相比，氧化铁具有以下优点：安全、低价、不会排出二氧化碳，对环境的影响也较小，因此这将是一种很有发展前途的贮氢材料。 所谓尿素法，是让尿素进行加水分解逐渐生成氨和氢氧离子，由于pH值可以保持稳定，因此使得粒子的直径变小。原料使用的是硝酸铁的水溶液。硝酸铁中加入氢氧离子后生成氢氧化铁。将此溶液加热至400～500℃便可生成氧化铁（Fe3O4）。另外可采用氯化铝水溶液作为催化剂与硝酸铁一起加入，可以形成催化剂均匀地分散于氧化铁粒子中的状态。催化剂的添加量为3～5wt%。 由于氧化铁粒子的直径非常小--约100nm，因此其表面积较大，氧化还原反应可以稳定地进行。另外由于催化剂的作用，除了可以促进氧化还原反应之外，还有防止粒子之间烧结贴紧的作用。 在氧化铁中贮存氢的反应公式如下。该反应为吸热反应。在大约300℃的温度下进行反应。 Fe3O4＋4H2→3Fe＋4H2O 生成氢的反应公式如下。也就是说氢是由水生成的。该反应本身是放热反应，但要使反应开始进行并提高反应速度的话需要300℃的温度。不过大塚预计该反应温度将可以降低到200℃左右。 3Fe＋4H2O→Fe3O4＋4H2 目前仅仅是在实验室内用玻璃器皿内进行了氢的贮存和生成实验。使用压缩成形机将粉末状的氧化铁制成圆筒形，在石英管内保存几克，在贮氢时注入氢，在生成时加入水。尽管进行了压缩，小球中仍然存在很多空间，氢元素和水可浸入其中。当Fe全部变为Fe3O4后反应结束。生成的Fe3O4可以再次参加贮存氢的反应，能够循环利用。 如果将其配备到汽车上，大约100kg的Fe可以生成约5kg的氢气，这对于汽车行驶来讲已经足够了。100kgFe的体积大约为13L，从空间的角度考虑，优势也非常明显。在实际使用时，可以将Fe做成盒状嵌入到汽车中，在其全部变为Fe3O4后，可以在氢气供应站等处更换为Fe。而在氢气供应站，可以使用氢气将Fe3O4还原为Fe。 根据大塚等的研究成果，Uchiya Thermostat公司正在研究推出使用该材料的盒式产品。 |
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