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    工程熱物理研究所在熱化學循環制氫分析新方法研究方面取得進展
    發稿時間:2021-06-23         作者:焦釩,呂步楚,陳晨,劉啟斌          來源:分布式供能與可再生能源實驗室     【字號:

      近日,中國科學院工程熱物理研究所分布式供能與可再生能源實驗室基于化學反應Gibbs自由能函數及方程,首次給出了Gibbs函數的熱力學第二定律表述,建立了熱流、化學反應Gibbs自由能與反應熱的聯系。該模型能夠充分闡釋熱化學反應過程的演化規律,幫助理解熱化反應與的相互作用。該方程從的角度為引發化學反應的各種情況建立了統一基準,首次揭示了各類化學反應的本質。該研究成果為開展低溫、高效的熱化學反應提供了思路。相關研究成果發表在Energy(2021, 219: 119531)。 

      引發化學反應的方法有很多,如電解反應、熱解反應以及光催化等,然而目前國際上沒有統一的分析方法能夠闡明電解、熱解以及光催化等途徑的能量本質。其中,國際上通用的化學反應進行方向的判據為Gibbs自由能判據。然而Gibbs自由能判據不能闡明化學反應進行的能量本質,也不能給出非自發反應到自發反應的差距。 

      工程熱物理研究所率先開展了這方面的研究工作,以目前發展潛力較大的熱化學循環分解水制氫體系為研究對象,建立了化學反應與品位方程,闡明了反應過程中能質轉化與品位變化的本征規律,給出了通過調整反應熵以及外界補償改善化學反應熱力學性能(如降低反應溫度)的方法。研究發現化學反應本質上是到的退化過程。當反應焓所攜帶的大于反應需要的時,化學反應自發進行;反之,為非自發反應。改變反應熵可以降低化學反應的要求,從而在較低的溫度下觸發化學反應;外界提供的能量同樣可以觸發反應,但是所提供的能量與其品位以及反應溫度有關。 

      研究工作得到了國家自然科學基金優秀青年項目(NO.51722606)、基礎科學中心項目(NO.51888103)的支持。 

     

      吸熱反應過程的演化規律

     

      反應需求與壓力的關系

     

      輸入、反應需求與溫度的關系 

     
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