熔融金屬直接催化甲烷裂解，不受積碳影響，這個思路實際可行嗎？

01-04

Catalytic molten metals for the direct conversion of methane to hydrogen and separable carbon
這篇論文中提到思路，實際上是否可行呢？

晚上剛看到這篇文章。感覺知乎的問題推送似乎已經追趕上我的郵件訂閱推送速度了……我以後是不是應該把知乎推送也作為一個文獻來源渠道了……

言歸正傳。不是該領域，只能淺談我看完之後的看法。看完這篇文章，我第一個反應是覺得Science上催化類的文章感覺只在乎奇思妙想和活性，並不是很在乎太有具有深度的東西啊……比如這篇文章似乎就說的是積碳密度低，容易浮在熔融金屬上方，這個很好理解。另一個觀點是Pt在熔融金屬中單原子化了。可是這部分我覺得對我來說最有意思的地方，居然只有倒數第二段短短的一部分現象和猜測……因為想起來先前搜文獻，看到兩篇Science上做NO催化氧化的文章，總感覺理論深度不夠……（Science 337 (6096), 832-835. doi: 10.1126/science.1225091，還有Science 327 (5973), 1624-1627.DOI: 10.1126/science.1184087）

不過兩個現象倒是挺新奇。第一個現象是金屬熔融物抗積碳。我對甲烷裂解性能沒概念，不知道他們這個催化劑算不算好。可是原文意思來看，似乎這種合金性能並比不上Ni固體，後者活化能100 kJ/mol都不到。所以沒概念這個催化劑是否算好。還是說在抗積碳意義下性能好？不過感興趣的是這個結論似乎挺有推廣性的。

我更感興趣的是另一個結論，就是Pt在合金熔融態自發單元子化。這裡只給出了理論模擬結果，不知道實際是不是這樣的。按照他們的解釋，這個和Pt帶上負電有關，從而削弱了Pt-Pt成鍵傾向，並可能出現Coulomb爆炸。說實話，這裡就一句話猜過去了，很懷疑真實性……說這個還不如告訴我這是因為熵增驅動呢……不過挺好奇這個結論到底如何，晚上和課題組一個同學討論了，想讓她在一個相似體系上試試。

總之，看完感覺就像個奇思妙想一樣，到底有多靠譜就不得而知了。想像力滿分！

同實驗室的小學生瑟瑟發抖地來說兩句。

這文章發出來才沒兩天就在知乎上有人關注，估計其他同行實驗室也都在日夜不停地跟進。我們想發後續paper的估計得不停加班了。

首先說這文章不只是理論計算嘎，我們去年真的在實驗室搭了個一米高的鼓泡塔，實驗數據和動力學模型擬合得這麼好我們自己都很驚訝…

至於這個方法在工業上的可行性。首先呢，這個工藝要賺錢，必須要有重視碳排放的政策。本屆政府這種補貼燒煤的態度，大概是看不見投資建廠了，畢竟直接燒天然氣發電實在是太便宜了。沒有碳排放稅的話，我們這工藝制氫氣也很難比SMR更便宜。第二呢，前面答案提到的加熱問題，動力問題都對，另外一個工藝的難點在於這個鼓泡塔在真正投產的時候肯定要加壓，壓力上去之後熱力學限制反應平衡。前面說的都是工程問題，但是反應平衡是沒法通過工程設計來改變的。如果產物再加一步分離的話，這個成本上升大概是很難承受的。別的不多說了，最好大家都別信留我們自己組多發些paper。

我覺得工程應用中存在以下經濟性和技術性難點

維持高溫本身就相當消耗能量，特別是甲烷的分解是吸熱的，相當於要不斷給系統供熱。特別是將這一技術應用於合成氨等生產強度高的場合時，傳熱強度也相應很高。如何有效維持溫度很值得討論。
熔融金屬密度高，粘度也遠高於氣體，使用鼓泡塔操作動力消耗相當大。
熔融金屬侵蝕其它材料的能力相當強。反應產生的氫氣在高溫下也是相當危險的。這些潛在的侵蝕因素也限制了使用比表面更高的填料塔等方式來進行操作的可能。

我覺得吧，實驗室和連續生產是兩個概念。

我沒看文章，不過大約也知道作者什麼一個思路。我提一個大規模連續生產時的問題，熔融金屬是會蒸發的，大量的金屬蒸汽隨著氣體被帶出，怎麼補充蒸發的金屬催化劑？

我很好奇，為什麼做催化模擬的能放在一作。這要是在國內妥妥的二or三作 =。=