氫氣制備技術發展現狀分析及展望

1 概述

隨著全球人口增長、工業化和城市化進程加快，能源需求迅速上升

。目前，全球約85%的能源消耗來自不可再生資源，即煤、天然氣和石油。這些能源的消耗導致了環境問題(如全球變暖)、經濟問題、政治危機的出現。氫是最清潔的能源之一

，而且氫氣的能量密度高，為120～142 MJ/kg

，是甲烷、汽油和煤的2.4、2.8和4倍

。此外，氫氣用途廣泛

，不僅可以用于金屬冶煉、合成氨以及提煉石油，同時氫氣也用于交通運輸、發電、儲能等領域。未來，以氫為能量載體的燃料電池將廣泛應用于交通運輸和便攜式、固定式電源

。氫有著眾多優點，但要實現以氫氣為核心的清潔能源消費，擴大氫能覆蓋領域，還需要對氫能的可行性和利用性進行評估，如制氫技術與成本，氫的儲存能力以及氫的運輸和利用等問題。探索低成本、高效率、高純度的大規模工業化氫氣制儲運技術對實現氫能產業快速發展有深遠意義和影響。

2 氫氣制備方法

2.1 化石能源制氫

① 煤制氫

煤制氫是工業大規模制氫的首選方式之一

，在不考慮碳稅的情況下，煤制氫較其他化石能源制氫的成本低

。煤制氫是煤炭經過高溫氣化生成合成氣(CO+H

)，其中H

被萃取之后，CO經過水煤氣變換反應生成更多的H

，最后通過脫除酸性氣體和氫氣提純等得到不同純度的氫氣。典型的煤制氫反應如下

：

傳統煤制氫工藝雖然技術成熟且原料成本低，但其裝置和設備結構復雜、運轉周期相對短、投資高、產氫效率偏低、CO

排放量大。煤制氫工藝的核心是氣化技術，為提高煤氣化產氫效率和降低該過程中的碳排放，需要新的概念和技術途徑。

日本設計的Hypr-RING制氫方法

，主要是通過兩個物料循環(H

O-H

-H

O以及CaO-CaCO

-CaO)實現煤直接制氫發電以及控制CO

排放。基于化學鏈制氫技術

，中國科學院山西煤化所通過添加Al

O

等堿金屬催化劑

，提高了鐵基氧載體(Fe

O

等)與煤的直接反應速率，實現了氧和熱在燃料反應器、蒸汽反應器及空氣反應器之間的轉移，使CO

、H

和N

內在分離，提高了過程熱效率又控制了碳的排放。以煤為發酵底物的微生物厭氧發酵制氫過程已被眾多學者研究，包括機理研究

以及煤厭氧發酵制氫工藝參數的優化研究

。為了解決常規煤氣化過程中煤能量品質消耗大以及污染嚴重的問題，西安交通大學提出以水相環境煤氣化為核心的新興煤制氫及發電理論與技術

，該技術利用水在超臨界狀態下獨特的理化性質，將煤中的C、H元素轉化成H

和CO

，而煤中N、S、少量金屬元素以及各種無機礦物質在反應器內凈化沉積在底部，以灰渣的形式間歇排出反應器。溶解有H

和CO

等氣體的超臨界混合工質離開氣化反應器后可以供熱、供蒸汽并分離得到高純H

和CO

等產品，也可以將其中的H

等可燃氣體燃燒，將燃燒放熱后產生的高溫水蒸氣和二氧化碳引入熱機直接做功，從而帶動發電機發電

。這一煤超臨界水氣化制氫發電多聯產技術不僅高效地將煤的化學能轉化成氫能，還大大減少了氮化物和硫化物以及粉塵顆粒物排放。

② 天然氣重整制氫

受到本雅明、利奧塔和梅洛·龐蒂的影響，維利里奧深感到技術對于人類的控制，以及技術對于人類身體的殖民。不同于政治殖民，技術對于人的控制已不再是領土，而是將這種控制直接的轉移到人自身，使技術控制我們的思想，所以這種控制的力量是不可預計的，后果也是難以想象的。

新的道德公共物品，需要由道德文化構建的新鄉情進行制度改造。它是一種特殊層次的情感，是維系社會組織中人際關系的橋梁。缺少情感的維系，人只是社會組織中孤立的個體，不會存在什么信任、友愛、幫助，也就不會有道德世界中的善。新鄉情的培育可以使道德認知直接外化為道德行為，從而真正做到知行合一。道德情感被喚醒，并被進一步發展成為道德執著，道德其實就是人們內心自愿遵循的秩序。當這種秩序進行了自我更新，不僅可以消解道德焦慮產生的精神困擾，甚至有可能將這種消極的道德焦慮轉化為積極的道德情感，從而使道德情感在維系道德秩序和倫理功能方面發揮著更為重要的作用。

a.天然氣水蒸氣重整制氫應用

大力發展林業不但可以達到美化園林、凈化空氣的效果，而且有助于改善當前的生態環境。因此，在林業栽培過程中，需要結合當地的環境狀況和林業栽培技術的標準規范進行作業，做好各個時期的管理工作，整體提升林業栽培效果。

以國內首個制氫加氫加氣一體站(南莊站)為例，2.5 MPa原料天然氣進入轉化爐對流段的原料氣預熱盤管，預熱至370 ℃，進入脫硫槽脫硫。由界區外來的脫鹽水經脫鹽水增壓泵加壓后依次進入脫鹽水預熱器、煙氣換熱器進行預熱，得到的工藝蒸汽和脫硫后的原料天然氣按一定比例進入混合氣預熱盤管，進一步預熱到 550～600 ℃，進入轉化管，在催化劑床層中，甲烷與水蒸氣反應生成 H

、CO和CO

(稱為轉化氣，約2.25 MPa)。轉化氣從轉化爐出來后經過廢熱鍋爐一段換熱降溫(產生蒸汽)后，溫度約300 ℃，進入中溫變換爐，將轉化氣中的CO盡可能變換為 H

，增加 H

產量，中變氣廢熱鍋爐二段回收余熱，再經過鍋爐給水預熱器和循環水冷卻器降溫，脫出變換氣中大量的水，進入變壓吸附提氫單元。變壓吸附提氫采用 6-1-3/P工藝(6個吸附塔，1個進料塔，3次均壓，常壓解吸)。冷卻脫水后的變換氣(約2.1 MPa，不超過40 ℃)經過氣液分離緩沖罐后由吸附塔底部進入吸附塔，經過吸附塔脫出雜質后，在吸附塔頂部出口獲得純度為99.99%的氫氣(約2.0 MPa，不超過40 ℃)，底部獲得解析氣，解析氣經緩沖罐后返回轉化爐燃燒供熱，以降低天然氣的用量。轉化所需的熱量由天然氣和變壓吸附解析氣進入燒嘴燃燒提供。涉及的具體反應如下

。

周一剛一上班，我便接到客戶李先生的電話：“你們的硒鼓太貴了，不劃算，買幾次你們的硒鼓，我又可以重新買臺激光打印機了，請問，你們公司是否可以考慮采取優惠或讓利政策？”

天然氣的主要成分是甲烷，甲烷的H、C比值高，因此天然氣是制備氫氣的優質原料。目前工業上利用天然氣制備氫氣的主要方式是天然氣重整，如水蒸氣重整(SMR)、自熱重整(ATR)、干重整(DRM)等，其他天然氣制氫方式還包括部分氧化(POX)以及直接裂解。

SMR的產氫效率約為74%，成本約為1.8 美元/kg

，被認為是制取H

的無價商業資產

。天然氣水蒸氣重整技術已經十分成熟，目前已大規模應用在工業制氫領域。

b.天然氣重整制氫催化劑性能

為了進一步提高天然氣重整反應的產氫效率，可以著眼于提高催化劑的催化性能。性能優越的催化劑對于調控重整反應的反應溫度、轉化率、氫選擇性及氫產量等起重要作用。

目前甲烷重整使用的催化劑主要分為貴金屬催化劑和過渡金屬型催化劑

。貴金屬催化劑(如Pt、Rh)催化性能優異且抗積碳能力強，但價格高、豐度較低，難以在工業領域實現大規模應用。在過渡金屬型催化劑中，Fe、Co、Ni基催化劑具有與貴金屬催化劑相媲美的初始催化活性

，但是在反應過程中很容易因積碳或者燒結而導致失活，因此需要進行摻雜改性處理。

應用型本科院校的目標為培養綜合能力強、專業技能高的優秀科技類人才，但是，目前，電子商務課程還存在著問題。

影響甲烷重整反應中催化劑活性及穩定性的因素主要有3個。第1個是活性組分，比如貴金屬催化劑與非貴金屬催化劑的活性組分不同，導致了催化性能的差異；第2個是載體，由于載體表面積、酸堿性及金屬-載體之間相互作用的差異，會引起催化劑結構組成、顆粒、金屬分散度等發生變化，從而影響催化劑的活性、選擇性以及抗積碳性能，常見的載體有介孔SiO

、介孔Al

O

、ZrO

等；第3個是助劑，向催化劑中添加活性金屬(如Pt、Cu、Co、Fe等)能夠改變催化劑的結構性質，進而影響催化劑抗積碳性能以及穩定性。

目前已經有許多關于催化劑改性的研究報道，如Bradford等

制備了不同鎳基催化劑用于低溫甲烷干重整反應，發現了Ni/TiO

催化劑顯示出最高的催化活性，在450 ℃時CH

轉化率為3.2%。這得益于金屬Ni與TiO

載體之間的強烈相互作用，金屬晶體的電子密度增加，從而增強了金屬活化甲烷的C-H鍵的能力。Kumar等

發現在700 ℃時，Ni/ZrO

在甲烷干重整反應中的活性高于Ni/CeO

，這是因為前者的比表面積更大，孔隙率可控。X射線衍射(XRD)結果顯示小的Ni顆粒沉積在孔洞中而不是在ZrO

表面，從而實現納米粒子和更好的鎳分散。而Niu等

結合密度泛函理論計算和動力學實驗研究探索添加了單層Pt助劑對Ni催化劑在甲烷水蒸氣重整過程催化性能的影響，結果顯示單層Pt的摻雜會促進核殼催化劑(Pt負載在Ni上)形成。與純Ni和Pt催化劑相比，Pt在雙金屬催化劑表面的電子密度發生改變，使得d帶中心遠離費米能級，促進CH

(

=1～3)與OH

之間的反應，從而抑制積碳的形成。Kim等

結合了實驗和密度泛函理論研究，通過調控氧物種在這兩個表面的覆蓋度以及考慮FeO的形成，證明了甲烷干重整過程中CH

在Ni

Fe(111)表面的活化能壘與在純Ni(111)表面上類似，但在Ni

Fe(111)表面上，二氧化碳的活化過程得到了促進，有更多的晶格氧生成，晶格氧與NiFe合金中的部分Fe結合形成FeO，C物種與FeO反應轉化成CO，從而減少碳沉積的形成。

2.2 電解水制氫

地球上氫元素含量高，卻大多以水的形式存在

。電解水制氫是利用水資源制取氫氣，電解水制氫成本較高，目前該技術制氫量只占我國氫氣總產量的一小部分。電解水制氫技術根據電解質種類的不同，可以分為堿性電解水制氫、質子交換膜(PEM)電解水制氫及固體氧化物電解水制氫等

。

堿性電解水制氫是一種成熟的制氫技術，裝置由陽極、陰極、電源、隔膜組成，電解質溶液通常為質量分數20%～30%的NaOH或KOH溶液，電極一般為鎳電極。堿性電解水制氫的優點是使用非貴金屬催化劑(例如鎳)，儲量豐富且具有良好的經濟效益。缺點是堿性水電解槽(AWE)的工作電流密度低，能量效率也不高，這是因為在通電過程中外電路電阻、傳輸電阻、電化學電阻較高，從而導致電流密度較低。針對此問題，可以通過電解質循環、改變電極表面性質、加入惰性表面活性劑加速氣泡逸出；另外可以開發新型隔膜替代現有隔膜，降低隔膜電阻

。Niether等

開創性地將磁加熱技術應用于堿性水電解槽，采用鎳包覆的碳化鐵納米顆粒作為催化劑，在高頻交變磁場下產生局部加熱效應并應用于AWE流動電解池，在20 mA/cm

電流密度下，析氧(OER)過電位降低了200 mV，析氫(HER)過電位降低了100 mV。這種OER動力學提升相當于把電解池的溫度升高至200 ℃，而實際上該電解池溫度只升高了5 ℃，減少了能量消耗。

① 堿性電解水制氫

② 質子交換膜電解水制氫

與堿性電解水相比，PEM電解水裝置的尺寸和重量都顯著減小，這得益于質子交換膜的使用，質子交換膜不僅實現了離子傳導，還充當了隔膜，起著隔離氣體的作用

。PEM電解水技術的電解電流密度比堿性電解水高，且產生的氫氣純度也更高。但是PEM電解水的缺點在于成本高，包括貴金屬材料催化劑(如Pt、IrO

)的使用以及質子交換膜制造，二者的成本都非常高，因此目前僅適用于小規模氫氣生產。為解決這一問題，浙江大學戴凡博

研究了溫度、時間和氣體氛圍(空氣、氬氣、氮氣)對二氧化銥催化劑性能的影響,得到了使用亞當斯融合法制備IrO

催化劑的最優制備工藝，將制備得到的IrO

催化劑和質量分數為60%的Pt/C催化劑通過噴涂法制備了膜電極,將其應用在PEM電解水裝置中與商業膜電極進行比較，發現在相同工況下，自制膜電極的電流提高了18.4%；最后以摻銻二氧化錫為載體，對IrO

催化劑實現了負載，發現負載后單位質量IrO

的電化學性能比負載前提高了2.09倍。Cheng等

采用碳缺陷驅動自發沉積新方法，構建由缺陷石墨烯負載高分散、超小且穩定的Pt-AC析氫電催化劑，研究表明，陰極電催化劑的Pt載量有效降低，并且催化劑的質量比活性、Pt原子利用效率和穩定性得到顯著提高。目前水電解制氫所用質子交換膜主要是全氟磺酸膜，如科慕Nafion系列膜、陶氏XUS-B204膜等，由于該膜制備工藝復雜，長期被美國和日本的少數企業壟斷，導致質子交換膜價格高昂。為了降低膜成本，提高膜性能，國內外研究人員重點攻關改性全氟磺酸質子交換膜、有機/無機納米復合質子交換膜和無氟質子交換膜。改性全氟磺酸質子交換膜主要通過聚合物改性、膜表面刻蝕改性以及膜表面貴金屬催化劑沉積3種途徑。而Ballard公司開發出部分氟化磺酸型質子交換膜，熱穩定性、化學穩定性、機械強度等指標性能與Nafion系列膜接近，但價格明顯下降，被認為有替代Nafion膜的潛力

。

最終，通過經驗優化和響應面優化可得：當安全系數取4時，最優法蘭盤厚度為14.554 mm，取整為15 mm.

③ 固體氧化物電解水制氫

其次，是要備好學生。學生是教學的主體，教師在備課時勢必要充分地考慮到學生因素。具體而言，學生的個性發展差異、認知水平差異、興趣愛好差異、特長與不足上的差異等，都是教師在備課時可以綜合考慮的問題，表現在教學計劃中，即可以有：對不同基礎的學生設置不同的教學任務；在具體的數學課題中安排擅長這類課題的學生來解答或請其在黑板上解題并講解；靈活安排某些狀態有點松懈的學生的表現，提攜其學習狀態；注重在教學中給以那些比較拘謹、不愛表現的學生以心理的勉勵并為他們提供適宜的表現機會；等等。

高溫固體氧化物電解水裝置的工作溫度為700～1 000 ℃，反應的高溫致使該技術的效率和產率均高于堿性電解水和PEM電解水。而該技術電解質主要為固體氧化物，通常為Y

O

、ZrO

，電解質中傳導的離子是O

。該技術目前尚未成熟，仍處于研究階段，國內中國科學院大連化學物理研究所、清華大學、中國科技大學開展了探索研究。國外固體氧化物電解電池(SOEC)技術研究集中在美國、日本和歐盟，主要機構包括三菱重工、東芝、京瓷、愛達荷國家實驗室、托普索等，研究聚焦在電解池電極、電解質、連接體等關鍵材料與部件以及電堆結構設計與集成

。

以上3種電解水制氫技術的比較見文獻[35]。

2.3 化工副產品制氫

化工副產品制氫指在工業生產過程中氫氣作為副產物，包括焦爐煤氣、乙烷裂解、丙烷脫氫及氯堿化工等生產過程產生的氫氣。中國燒堿年產量基本穩定在3 000×10

～3 500×10

t/a，副產氫氣量為75.0×10

～87.5×10

t/a；中國合成氨生產能力約1.5×10

t/a，每1 t合成氨將產生約150～250 m

的馳放氣，可回收氫氣約100×10

t/a；中國已建和在建丙烷脫氫項目副產氫量約為37×10

t/a

。各類副產氫占全國氫氣總產量的33.333%。

根據安陽河流域年徑流的背景值、模擬值和實測值，采用分離法計算了人為活動和氣候變化對安陽河流域中下游年徑流量變化的影響（表1）。安陽河流域年徑流變化主要受人為活動和氣候變化兩方面影響。在安陽河流域上游主要為山區，除水庫外基本沒有人為活動影響。因此把1981年前后安陽河水文站的實測徑流深的差值作為氣候變化對流域上游徑流量的影響量。

利用化工副產品制氫的關鍵是把氫氣從混合氣體產物中提純出來，以焦爐煤氣制氫為例，采用變壓吸附工藝，利用吸附劑對不同氣體成分吸附能力的區別，以及氣體在吸附劑上的吸附量隨其分壓降低而減少的特性，實現氣體混合物分離和吸附劑再生，在煉焦行業副產焦爐煤氣中提取純氫。氯堿化工、乙烷裂解和丙烷脫氫的副產物氣體雜質含量都低于焦爐煤氣，在提純前氫氣濃度都比較高，因此提純難度比較小。除了變壓吸附技術外，還可以采用膜分離、金屬氫化物分離以及低溫分離技術從混合氣體產物中提純H

。在實際應用中，應根據生產體系的特點和對氣體純度的要求選擇適宜的純化方法，有時采用一種方法不能滿足純化要求時，可采用多方法結合，如變壓吸附和低溫法結合可以提高氫氣的回收率

。在低碳發展理念下，按照氫氣的生產方式可以將所產出的氫氣分為灰氫、藍氫、綠氫。灰氫是指通過化石能源生產氫氣，如煤制氫和天然氣制氫。藍氫是在灰氫方式上的疊加升級，在氫氣生產過程中使用了碳捕集與封存技術。綠氫

指使用可再生能源技術所產出的氫氣。從短中期發展的角度分析，工業副產氫額外投入少，成本低，能夠成為氫氣供應的有效補充。但從長期發展角度考慮，隨著氫需求量的增加，其受本身工業裝置與產能的限制，難以成為氫氣供應的主流路線

。然而，在實現碳中和戰略目標的背景下，氫能已成為我國能源結構轉變和產業轉型發展的重要方向，依托成熟的化工生產裝置和生產體系，工業副產氫具有成本低、資源豐富且分布廣泛等特點，通過引入碳捕獲、利用與封存技術，可以使工業副產氫成為藍氫，工業副產氫是我國氫氣生產由灰氫到藍氫再到綠氫的重要過渡方式。

2.4 生物制氫

生物制氫是指生物將多種生物有機資源轉換為能源，如能源作物、農業殘渣和廢棄物、林業廢棄物以及工業和社區廢棄物

。生物制氫的生物是指微生物，如深紅紅螺菌、球形紅假單胞菌、球形紅微菌等。基于生物有機資源的生物制氫生產工藝主要分為如下5種類型

。

① 直接生物光解

在直接生物光解過程中，太陽能通過微藻光合系統轉化為化學能，產生H

。Lu等

以農業生產中壞掉的蘋果作為光合細菌HAU-M1的培養原料，在實驗中探究了培養液初始pH值、光照度、培養溫度、培養基質固液比等因素的影響，并采用響應面法對實驗進行優化。結果表明，當培養液初始pH值為7.14、光照度為3 029.67 lx、溫度為30.46 ℃、固液比為0.21時，氫氣得率最大，為單位質量原料(111.85±1) mL/g。

間接生物光解的過程較直接生物光解更加復雜，首先是經過光合作用形成生物質，待生物質濃度達到一定程度時發生暗發酵，最后產出H

。

② 間接生物光解

當前時代是商品經濟時代，商品與人們的生活息息相關，高中生也不例外。人們在挑選商品時，包裝成為了影響大眾消費行為的重要因素。合理的包裝，不僅能保護商品免于擠壓，而且還能讓商品更顯美觀，能夠拉近消費者與產品之間的距離。事實上，包裝不僅是一種外在形式，而且還是商品價值構成中的因素。當前商品過度包裝活動的綜合表現為：

③ 生物水煤氣變換(WGS)反應

通過問卷星軟件發放《校企合作問卷調查表（學生用卷）》，收到問卷為268份，其中2016級學生占145人，2015級學生占123人，2014級學生2人；通過問卷星發放《校企合作問卷調查表（企業用卷）》，回收問卷為60份。調查問卷顯示大學生期待改革大學英語教學模式，加強英語聽說能力培養，以及掌握專業英語學習。企業希望校企合作能夠對大學英語教學改革有啟示作用，也顯示了企業所需的英語人才標準，以及強調大學生的英語聽說能力培養。

生物WGS反應是指一些可以在黑暗中生存的光異養細菌，如深紅紅螺菌，利用一氧化碳(CO)作為唯一的碳源，通過CO氧化與H

還原為H

的耦合產生三磷酸腺苷(ATP)

。

④ 光發酵

光發酵是指通過利用太陽能、有機酸或生物質，在固氮酶的作用下，光合細菌發酵產生氫。

⑤ 暗發酵

暗發酵是指厭氧細菌和一些微藻(如綠藻)在缺氧(無氧)條件下在富含碳水化合物的底物上發酵產生氫氣，溫度為30～80 ℃。Zagrodnik等

以淀粉為原料，采用光暗耦合發酵，通過加培養丙酮丁酸梭菌和球形紅桿菌的方式來制取氫氣，結果表明，在暗發酵階段pH值大于6.5會生成乙酸、乳酸，從而使得氫氣得率下降。在適宜的培養條件下，設定淀粉進料量為1.5 g/(L·d)，經過11 d的光暗耦合發酵后，氫氣得率(每升基質)為3.23 L/L，產量是單純暗發酵條件下產量的2倍，而當淀粉進料量為0.375 g/(L·d)時，淀粉轉化率最高。

開發利用生物制氫是有效處理農業、工業、生活垃圾的合理途徑，能進一步治理農、林等行業產生的大量生物質廢料，對于改善中國的商業用能結構、緩解能源短缺和保護生態環境具有重要意義，符合中國可持續發展的戰略方針

。

2.5 太陽能制氫

太陽能制氫是通過催化活化的方式打斷水分子中的氫氧鍵，而水分子成鍵軌道上的電子激發到反鍵軌道上，需要8 eV的能量。倘若僅依靠熱分解水，需要熱源溫度達到2 500 K，該方法耗能高且分解效果不佳。而依靠太陽光直接分解水,需要的光的波長大約是170 nm，然而光線經過大氣的吸收、散射，實際到達地面的太陽光中幾乎沒有波長小于200 nm的光線

。因此研究者主要通過聚集太陽能能量以及采用光催化劑從而提供高催化反應活性中心兩種途徑實現水的分解。太陽能制氫主要分為熱分解水制氫、催化分解水制氫、光解水制氫。

① 熱分解水制氫

企業貨幣資金管理中經常會出現各種問題，如少列收入、多列支出、公款私存、貪污挪用、私設小金庫，票據和印章管理混亂等。在貨幣資金運營中存在資金鏈緊張，或者資金閑置的問題，造成資金風險大或資金運營效益低的狀況，上述問題主要還是貨幣資金內部控制的問題，總結起來，主要存在以下問題。

直接利用太陽能聚光器收集太陽能，使熱源溫度達到2 500 K，將水分解為氫氣和氧氣，該技術的難點在于把能量密度較低的太陽光聚集起來，且由于反應在高溫下進行，對反應器材料有著極高的要求。

② 催化分解水制氫

基于紫外光照射TiO

時可以分解水的原理，當半導體吸收光子后，價帶的電子被激發到導帶并在價帶留下空穴h

，h

獲取水分子的電子，并把水氧化分解為氧氣和H

，而電子與H

結合后放出氫氣。但是受限于電極材料和催化劑性能，目前研究工作得到的光解水效率普遍較低(10%～13%)

。

③ 光解水制氫

首先，應當制定科學的人才發展規劃，增加東麗區衛生人才的數量和質量，加入優勢的資源，提升東麗區對衛生人才的吸引力，在崗位的設置、職稱的評定、人員的管理方面融合醫療改革的要求，完善管理的方式，合理化人力資源配置，增加對老舊小區、居住分散區域的醫療衛生財政支持，提高社區醫療服務水平，完善社區醫療的衛生人才發展規劃。

光解水制氫指由光陽極(半導體材料)和陰極共同組成光化學電池，在電解質環境下依托光陽極來吸收周圍的陽光，在光陽極上產生電子，之后借助外路電流將電子傳輸到陰極上，氫離子能從陰極接收到電子產生氫氣。

本研究發現，種植體植入后即刻及12周，直徑為5.0 mm種植體的ISQ值顯著高于直徑為3.5、4.3 mm的種植體(P<0.05)；說明種植體直徑對植入后的穩定性存在顯著影響。可能是受限于病例數和研究方法，本研究中種植體長度對穩定性的影響并不顯著。Romanos等[12]認為，在HU值較大的區域寬徑種植體可以獲得更好的穩定性。 Shiffler等[17]研究發現，長度對種植體穩定性存在顯著影響，同時認為下頜區種植體的穩定性普遍高于上頜區。本研究中，術前頜骨HU值下頜顯著高于上頜，種植體植入后即刻及12周下頜區的ISQ值也顯著高于上頜(P<0.05)，與Shiffler等的研究結果相一致。

光解水制氫的核心在于催化劑，g-C

N

類材料作為一種新興的光解水制氫催化材料，由于其合成方法簡單，具有合適的能級結構、優良的物理化學穩定性引起了研究者的關注

。在g-C

N

上引入金屬負載，可以提高光生電荷的轉移效率，從而提升光催化性能。研究發現，摻雜Pt的中空mpg-C

N

納米球可通過增強可見光的吸收來提高光催化制氫速率

。Ge等

在g-C

N

表面負載銀納米顆粒，當Ag的負載量(質量分數)為1.0%時，其在g-C

N

的表面分散性良好；負載Ag的g-C

N

的制氫速率為10.105 mmol·h

·g

，而純g-C

N

在可見光下的制氫速率為0.862 mmol·h

·g

，負載銀后的制氫速率提高至11.7倍。此外，共軛微孔聚合物固有的多孔結構可以增強聚合物與水分子之間的相互作用，促進電荷轉移，從而促進光催化制氫反應的進行

。Lan等

用二苯并噻吩砜單元取代聚合物網絡中的苯單元，進一步改性聚合物CP-CMP10，研究結果表明，砜單元可以充當電子輸出的“觸手”，從聚合物中捕獲光生電子，促進光催化制氫反應的進行。隨著聚合物中砜單元含量的增加，聚合物P-FSO的制氫速率顯著增強，最大為400 μmol·h

·g

。

3 總結與展望

開發利用氫能不僅能擺脫對傳統化石能源的長期依賴，還能解決能源短缺及環境污染問題。低成本且高效環保地制取氫氣并推廣應用，有利于中國能源結構轉變與可持續發展戰略的實施

。

報告顯示，2019年國內煤制氫的產量最大，達到2 124×10

t，占比63.54%；其次為工業副產氫和天然氣制氫，產量分別為708×10

t和460×10

t

，由此可以看出我國所產出的氫氣以灰氫為主，所涉及的碳排放量很大。在雙碳目標下，需要對當前的主流的氫氣生產方式進行升級改造，如采用碳捕獲與封存(CCS)和碳捕獲、利用與封存(CCUS)技術。與CCS技術相比，CCUS技術多了利用步驟，將二氧化碳資源化，將其作為一種副產品，視為原輔材料投入到其他生產過程中，實現循環再利用，而不是簡單封存，從而產生經濟效益

。

以南莊制氫加氫一體站為例，對采用CCUS技術后的工藝流程做出展望。解析氣中的主要成分為CO

、CO、少量未反應的CH

以及少量的H

，可以采用溶劑吸收、低溫精餾、膜分離以及變壓吸附等分離技術把CO

分離出來進行儲存或者就地生產干冰、尿素等工業產品，這樣既減少了碳排放，又把CO

這一資源有效利用，轉化成價值更高的化工產品。此外，可以考慮采用甲烷干重整制氫技術，這一技術利用CH

和CO

在高溫催化條件下反應直接生成合成氣(CO+H

)，合成氫氣的同時能夠有效利用CO

這一溫室氣體，有助于緩解全球變暖問題，但限制這一技術的推廣應用的難題仍在于催化劑容易燒結或者積碳而導致失活，因此提高催化劑活性和穩定性是促進氫能發展的重要因素。

[1] MAHFUZ M H，KAMYAR A，AFSHAR O，et al.Exergetic analysis of a solar thermal power system with PCM storage[J].Energy Convers Manage，2014，78:486-492.

[2] IVANCIC T M，HWANG S J，BOWMAN R C，et al.Discovery of a new Al species in hydrogen reactions of NaAlH

[J].Journal of Physical Chemistry Letters，2010(1):2412-2416.

[3] OUYANG L Z，HUANG J M，WANG H，et al.Excellent hydrolysis performances of Mg

RE hydride[J].International Journal of Hydrogen Energy，2013，38:2973-2978.

[4] NASIR M N，WAN A M.Technological diversity and economics:coupling effects on hydrogen production[J].Energy &Fuels，2014，28:4300-4320.

[5] BHANDARI R，SHAH R R.Hydrogen as energy carrier:techno-economic assessment of decentralized hydrogen production in Germany[J].Renewable Energy，2021，177:915-931.

[6] AN Wei，ZENG Xiaocheng，TURNER C H，et al.First principles study of methane dehydrogenation on a bimetallic Cu/Ni(111) surface[J].The Journal of Chemical Physics，2009，131:174702-1-11.

[7] 錢伯章.煤制氫：下一個10萬億產業風口[J].新能源經貿觀察，2019(7):65-68.

[8] 沈威，楊煒櫻.考慮碳排放的化石能源和電解水制氫成本[J].煤氣與熱力，2020(3)：A30-A33.

[9] BRADHURST D，HEUER P，STOLARSKI G.Hydrogen production and storage using titanium electrodes and metal hydrides[J].International Journal of Hydrogen Energy,1983(2):85-90.

[10] 肖云漢.煤制氫零排放系統[J].工程熱物理學報，2001(1):13-15.

[11] 劉濤，余鐘亮，李光，等.化學鏈制氫技術的研究進展與展望[J].應用化工，2017(11):1-16.

[12] 余鐘亮，李春玉，胡順軒，等.基于堿金屬修飾鐵鋁復合氧載體的煤直接化學鏈氣化制氫技術[C]//2015年中國化工學會年會論文集.北京:中國化工學會，2015:2334.

[13] 陳曦，夏大平，汪明豐.Fe

、Ni

對微生物降解煤制氫影響的試驗研究[J].煤炭科學技術，2017(3):191-195.

[14] 夏大平，司青，馬俊強，等.煤發酵產氫條件及正交優化實驗研究[J].煤炭轉化，2014(3):72-76.

[15] 郭烈錦，趙亮，呂友軍，等.煤炭超臨界水氣化制氫發電多聯產技術[J].工程熱物理學報，2017(3):678-679.

[16] ABDALLA M，HOSSAINAC S，NISFINDY O B，et al.Hydrogen production，storage，transportation and key challenges with applications:a review[J].Energy Conversion and Management，2018，165:602-627.

[17] ABAD A V，DODDS P E.Production of hydrogen[J].Encyclopedia of Sustainable Technologies,2017(3):293-304.

[18] ACAR C，DINCER I.Science direct comparative assessment of hydrogen production methods from renewable and non-renewable sources[J].International Journal of Hydrogen Energy,2013(1):1-12.

[19] 王斯晗，張瑀健.天然氣蒸汽重整制氫技術研究現狀[J].工業催化，2016(4):26-30.

[20] NIU J，GUO F，RAN J，et al.Methane dry(CO

) reforming to syngas(H

/CO) in catalytic process:from experimental study and DFT calculations[J].International Journal of Hydrogen Energy，2020,45:30267-30287.

[21] BRADFORD M C J，VANNICE M A.Catalytic reforming of methane with carbon dioxide over nickel catalysts I.catalyst characterization and activity[J].Applied Catalysis A:General，1996,142:73-96.

[22] KUMAR P，SUN Y，IDEM R O.Nickel-based ceria，zirconia，and ceria-zirconia catalytic systems for low-temperature carbon dioxide reforming of methane[J].Energy Fuel，2007,21:3113-3123.

[23] NIU J，WANG Y，QI Y，et al.New mechanism insights into methane steam reforming on Pt/Ni from DFT and experimental kinetic study[J].Fuel，2020,266:117143-117149.

[24] KIM S M，ABDALA P M，MARGOSSIAN T，et al.Cooperativity and dynamics increase the performance of Ni Fe dry reforming catalysts[J].Journal of the American Chemical Society,2017,139:1937-1949.

[25] 潘致宇.過渡金屬基電催化析氫材料的研究進展[J].當代化工研究，2019(2)：143-144.

[26] 劉蕓.綠色能源氫能及其電解水制氫技術進展[J].電源技術，2012(10):1579-1581.

[27] ALEXANDER B，HARTMUT S.Current status of water electrolysis for energy storage，grid balancing and sector coupling via power-to-gas and power-to-liquids：a review[J].Renewable and Sustainable Energy Reviews，2018，82:2440-2454.

[28] NIETHER C，CHATENET M，BORDET A，et al.Improved water electrolysis using magnetic heating of FeC-Ni core-shell nanoparticles[J].Nature Energy，2018(3):476-483.

[29] 瞿麗莉，郭俊文，史亞麗，等.質子交換膜電解水制氫技術在電廠的應用[J].熱能動力工程，2019(2):150-156.

[30] 戴凡博.PEM電解水制氫催化劑及直接耦合光伏發電系統建模研究(碩士學位論文)[D].杭州：浙江大學，2020：35-45.

[31] CHENG Q，HU C，WANG G，et al.Carbondefect driven electroless deposition of Pt atomic clusters for highly efficient hydrogen evolution[J].Journal of the American Chemical Society,2020(12):5594-5601.

[32] 紀欽洪，徐慶虎，于航，等.質子交換膜水電解制氫技術現狀與展望[J].現代化工，2021(4):72-76.

[33] TRASATTI S.Water electrolysis:who first[J].Journal of Electroanalytical Chemistry，1999(1):90-91.

[34] 邢學韜，林今，宋永華，等． 基于高溫電解的大規模電力儲能技術[J]． 全球能源互聯網，2018(3):303-312．

[35] 李永恒，陳潔.氫氣制備技術的研究進展[J].電鍍與精飾，2019(10):22-27.

[36] 中國氫能聯盟.中國氫能源及燃料電池產業白皮書 [R].北京:國家能源集團，2019：22-25.

[37] 梁肅臣.氣體的純化方法[J].低溫與特氣，1995(3):66-70.

[38] 岳國君，林海龍，彭元亭，等.以生物質為原料的未來綠色氫能[J].化工進展，2021(8):4678-4684.

[39] 中國電動汽車百人會.中國氫能產業發展報告2020[R].濟南：中國電動汽車百人會，2020:91-93.

[40] DEMIRBAS A.Biomass resource facilities and biomass conversion processing for fuels and chemicals[J].Energy Convers Manage，2001(11):1357-1378.

[41] LEVI D B，PITT L，LOVE M.Biohydrogen production:prospects and limitations to practical application[J].International Journal of Hydrogen Energy，2004(2):173-185.

[42] NI M，LEUNG D Y C，LEUNG M K H，et al.An overview of hydrogen production from biomass[J].Fuel Processing Technology,2006,87:461-472.

[43] LU C，ZHANG Z，GE X，et al.Bio-hydrogen production from apple waste by photosynthetic bacteria HAU-M1[J].International Journal of Hydrogen Energy,2016(31):13399-13407.

[44] KERBY R L，LUDDEN P W，ROBERTS G P.Carbon monoxide-dependent growth of Rhodospirillum rubrum[J].Journal of Bacteriology,1995(8):2241-2244.

[45] ZAGRODNIK R,ANIECKI M.Hydrogen production from starch by coculture of Clostridium acetobutylicum and Rhodobactersphaeroides in one step hybrid dark and photofermentation in repeated fedbatch reactor[J].Bioresource Technology，2017，224:298-306.

[46] 李亮榮，付兵，劉艷，等.生物質衍生物重整制氫研究進展[J].無機鹽工業，2021(9):12-17.

[47] 李燦.太陽能光催化制氫的科學機遇和挑戰[J].光學與光電技術，2013(1):1-6.

[48] 鮑君香． 太陽能制氫技術進展[J].能源與節能，2018(11):61-63.

[49] GOETTMANN F，THOMAS A，ANTONIETTI M.Metal-free activation of CO

by mesoporous graphitic carbon nitride[J].Angewandte Chemie International Edition，2010(15):2717-2720.

[50] ZENG J，LEE J.Effects of preparation conditions on performance of carbon-supported nanosize Pt-Co catalysts for methanol electro-oxidation under acidic conditions[J].Journal of Power Sources，2005(2):268-273.

[51] GE L，HAN C，LIU J，et al.Enhanced visible light photocatalytic activity of novel polymeric g-C

N

loaded with Ag nanoparticles[J].Applied Catalysis A:General，2011，409:215-222.

[52] VILELA F，ZHANG K，ANTONIETTI M.Conjugated porous polymers for energy applications[J].Energy &Environmental Science，2012(7):7819-7832.

[53] LAN Z，REN W，CHEN X，et al.Conjugated donor-acceptor polymer photocatalysts with electron-output “tentacles” for efficient hydrogen evolution[J].Applied Catalysis B:Environmental，2019，245:596-603.

[54] 中國氫能聯盟.中國氫能源及燃料電池產業白皮書2020[R].北京:國家能源集團，2020：17-19.

[55] 董書豪.我國碳捕獲、利用與封存(CCUS)技術的發展現狀與展望[J].廣東化工，2021(17):69-70.