【文献解读】Nat. Commun. 从海藻到高纯度氢气的绿色催化体系

海藻是一种分布广泛，储量丰富但却被大大低估的生物质能源。全球每年海藻产量为216.66万吨。与其它生物质能源相比，海藻具有更为强大的二氧化碳富集能力（36.7吨每公顷每年），极快的生长速度（在无废料的状态下每年可以收获六次）并且其生长过程中不与粮食争抢土地。然而，目前关于利用海藻作为生物质能源的研究还很匮乏，这主要是因为海藻极高的含水量（80-90%）。虽然目前已经有催化体系报道将海藻转化为燃料（甲烷，氢气等）的例子，但大部分催化过程都需要较高的温度和压力。

如图1所示，作者首先对比了不同转化体系中气体产物的组成与产率并发现碱液高温处理与催化水汽重整以及碳捕捉过程相结合（CatATT-CC）所得到的的氢气产率和纯度最高（69.69 mmol_(daf)g-seaweed^-1）。同时，这一催化体系相比于其它之前报道的催化体系无论是在温度，压力还是催化剂成本上都有着显著的优势。

为了明确反应过程中碳的转化路径，作者在图3a中详细列出了不同反应体系中碳的存在形式。从此图中可以明显的看出CatATT-CC过程中，所有的碳基本都被固定在产物中，绝大部分以Na2CO3的形式存在。通过SEM-EDS分析，作者还进一步验证了CaCO3的形成过程(CO2 + Ca(OH)2 →CaCO3 + H2O)。

随后，作者进一步研究了不同温度条件下不同催化体系中氢气的生产过程。在不加水汽重整催化剂的情况下，氢气大都在低温条件下产生，400度以上时甲烷气体开始大量产生。而加入催化剂后，大部分氢气的产生在400-500度区间。

这一体系的另一个优点就是反应过程中NaOH的转化与再生。如图5所示，NaOH首先作为液体碱参与反应并生成NaCO3，随后NaCO3又可以与Ca(OH)2反应实现NaOH的再生和附加值更高的CaCO3的生成。

图6展示了回收后的NaOH的反应效果。我们可以很清楚的看出，回收后的NaOH其反应活性与新鲜的NaOH几乎没有任何差别。

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-020-17627-1