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硫化氫是一種劇毒化合物，但同時又是一種重要的資源，通常伴生或副產于天然氣開采、煉油行業(yè)和煤化工過程。

中國科學院大連化學物理研究所李燦院士團隊研發(fā)成功了離場電催化技術，在室溫、常壓下實現硫化氫全分解制氫和硫磺，有望替代工業(yè)現行的克勞斯技術，實現天然氣開采、煉油行業(yè)和煤化工過程中硫化氫的消除和資源化利用，并成為低成本制綠氫的一個新路徑。相關成果發(fā)表在美國化學會環(huán)境領域旗艦期刊《環(huán)境科學與技術》上。

審稿人認為，該工作介紹的離場電催化技術代表了分解硫化氫制氫和硫磺領域的重大進展，提供了一種可與當前克勞斯技術競爭的有前景、原創(chuàng)性的新路徑。

“劇毒廢氣”的難題

硫化氫是一種常見的化合物，標準狀況下是一種易燃的酸性氣體，無色，低濃度時有臭雞蛋氣味，濃度極低時便有硫磺味，有劇毒。據不完全統(tǒng)計，我國每年的硫化氫處理量約為80億立方米，全球每年的硫化氫處理量達到了700億立方米。

如何安全、高效地處理這一龐大數量的劇毒氣體，是天然氣開采、煉油行業(yè)、煤化工等工業(yè)中長期面臨的難題，也是具有百年歷史的重要研究課題。目前，世界范圍內大多采用克勞斯工藝對工業(yè)中的硫化氫進行處理，通過將硫化氫氧化成硫磺和水從而實現消除。

“克勞斯工藝通常需要高溫高壓的反應條件，且難以實現一次完全消除硫化氫，尾氣仍有大量含硫化合物，需要多次處理，其排放仍會危害環(huán)境，還需要進一步處理?！崩顮N院士介紹道，“并且，雖然這一過程回收了硫磺，但非常寶貴的氫資源卻以水分的形式流失，這一定程度上造成了資源的損失?！?/p>

這一傳統(tǒng)工藝的不足，激勵研發(fā)團隊開展孜孜不倦的探索，以期能找到替代克勞斯工藝過程的新技術。

離場電催化的“登場”

工業(yè)領域另一種處理硫化氫的方式逐步發(fā)展起來，那就是將硫化氫進行分解，并生成氫氣和硫磺。

人們曾嘗試采用高溫熱分解的方法，但硫化氫的轉化率比較低，經濟效益很差。

李燦團隊自2003年起，就致力于采用非常規(guī)技術進行硫化氫分解反應的研究，先后采用光催化、電催化、光電催化等技術探索了硫化氫分解制氫和硫磺，原理上驗證了非常規(guī)技術路線的可行性。

“但實現硫化氫分解反應的規(guī)?；?、連續(xù)化等工程方面存在很大挑戰(zhàn)?！崩顮N告訴《中國科學報》。

團隊在該領域經過多年的深耕，終于研發(fā)成功了新技術——電子介導對驅動的離場電催化。

該技術利用電子介導對與硫化氫之間的化學勢差，將原本發(fā)生在電極表面的硫化氫氧化生成硫磺的過程轉移到外部反應器中進行，并用同樣的策略，利用另一電子介導對的價態(tài)變化，在電極外的反應器中，將氫質子還原生成氫氣。通過這一新策略，把硫化氫的化學轉化和電極表面的電荷交換巧妙地解耦，這樣氧化反應（硫磺生成）和還原反應（放氫過程）可以在電化學池外的反應器中分別獨立進行，推動了其工業(yè)過程的放大。