日前，记者从中国科学院理化手艺研究所（以下简称理化所）得悉，该所与中国散裂中子源科学中间合作，在液氢系统中初次发现了不锈钢材料和含水氧化铁催化剂在低温情况下的磁性加强效应和其转变纪律，揭露出正仲氢转化器中液氢微活动机制。该研究不但为正仲氢的磁性催化转化机理供给了证据，也为液氢等年夜型低温工程的实行供给了主要指点。相干研究颁发在《国际氢能杂志》。

“这是学术问题源在工程实践，学术研究又办事在工程实践的典型案例。”论文通信作者、理化所研究员胡忠军告知《中国科学报》。

在散裂中子源中，液氢系统是中子出产质量的主要保障。自2017年8月中国散裂中子源初次打靶成功发生中子束流以来，与理化所结合研制的液氢系统已不变运行了7年。可是，在运行调试进程中，科研人员发现，此中的要害装备之一——正仲氢转化器的阻力异常年夜。

“正仲氢转化的催化剂微尘颗粒被吸附在液氢流道内壁，将本来设计的5微米直径的通道，梗塞成了2微米摆布，畅通面积降落80%多。”胡忠军说。

液氢系统等年夜型低温工程中，需要高效、靠得住的正仲氢催化转化手艺。跟着第四轮氢能源研究的鼓起，正仲氢转化研究正成为当前国际研究的热门课题之一。中国科学院老一辈科学家在上世纪60年月就自立研制出高机能的氧化铁型正仲氢转化催化剂，并利用在氢液化器中。在此根本上，理化所完成了正仲氢转化器的研制并利用在中子源液氢系统。

“氢份子是双原子，两个原子核自旋标的目的有不异和分歧之分，原子核自旋标的目的不异的氢份子被称为正氢，相反的则被称为仲氢。这是1927年由量子力学首要开创人海森堡按照量子力学获得的新发现。”胡忠军说。

低温下，正氢会天然地迟缓转化为仲氢，并放热，直达到到均衡，是以，在进行氢的降温液化、贮存和利用时，科研人员需要预先利用催化剂将正氢转化为仲氢，以削减因不服衡的正仲氢天然转化放热而引发的液氢蒸发。但是，这类催化剂凡是是一种砂粒状颗粒物，易失落渣。

“有的小颗粒会‘粘附’在流道内，造成流道变狭小，阻力增添，造成液氢轮回时流量不顺畅，近似在‘血栓’，对系统轮回的侵害比力年夜。固然我们按照频频实验调剂微流道尺寸，从工程上解决了这类液氢‘血栓’的问题，但这类颗粒物粘附的深层机理一最先其实不清楚。”胡忠军说。

理化所的科研工作具有多学科交叉的特点，轻易开导多元的研究思绪和阐发方式。面临液氢系统的“血栓”窘境，科研人员猜测，材料在低温情况中可能存在不成轻忽的“磁性”吸附，也许是造成“血栓”的首要缘由。

经对材料尝试测试证实，他们发现，在低温情况中，催化剂与丝毡材料均显现出磁性加强效应，引发了液氢活动的“血栓”现象。他们将这类微活动研究结论利用到年夜型低温工程的其他工质的轮回进程中，快速地解决了工程中的挑战性问题。

对这项发现，国际同业认为“为氢液化工程供给了有价值的看法”，“研究的新奇性和进献应当获得强调”。

胡忠军暗示，下一步，科研团队将在液氢液氦温区年夜型低温工程范畴继续深耕，经由过程夯实利用根本研究，更好地晋升低温手艺程度。

相干论文信息：

https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2024.08.025

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