隨著第四輪氫能源研究的興起，正仲氫轉化研究正成為國際研究的熱點課題之一。正氫和仲氫是氫的兩種自旋異構體。由于低溫下平衡氫中的仲氫濃度高，正仲氫之間存在自然轉化并釋放轉化熱，因此在液氫系統(tǒng)中需要高效、可靠的正仲氫催化轉化技術。

理化所在與散裂中子源科學中心在大流量液氫循環(huán)應用的長期工程實踐中，發(fā)現(xiàn)了不銹鋼材料和含水氧化鐵催化劑在低溫環(huán)境下的磁性增強效應及其變化規(guī)律，并揭示了正仲氫轉化器中液氫微流動機制。該現(xiàn)象是在液氫研究中的首次發(fā)現(xiàn)，不僅為正仲氫的磁性催化轉化機理提供了證據(jù)，也為液氫等大型低溫工程的實施提供了重要指導。“泄漏”和“堵塞”是大型低溫工程始終面對的兩大挑戰(zhàn)性問題。其中微流動機理分析是有效解決“堵塞”問題的基礎，這一發(fā)現(xiàn)和分析結論已經(jīng)成功應用到大型低溫工程實踐中。

中國科學院老一輩科學家在上世紀60年代就自主研制出高性能的氧化鐵型正仲氫轉化催化劑，并應用于氫液化器中。在此基礎上，理化所完成了正仲氫轉化器的研制并應用于中子源液氫系統(tǒng)。自2017年8月中國散裂中子源首次打靶成功產(chǎn)生中子束流以來，液氫系統(tǒng)已穩(wěn)定運行了7年。液氫系統(tǒng)是中子生產(chǎn)質量的重要保障。其中的正仲氫催化轉化器，是將由于打靶過程而產(chǎn)生的正氫快速地轉化為仲氫，轉化后仲氫的濃度高達99.8%。

該發(fā)現(xiàn)和研究以題為“正仲氫轉化器的設計和流動特性分析”(Design and the flow characteristics analysis in an ortho-para hydrogen converter)的論文發(fā)表在《國際氫能雜志》(International Journal of Hydrogen Energy)，作者為理化所胡忠軍、李靖宇和何昆（散裂中子源科學中心）。國際同行評議指出“為氫液化工程提供了有價值的見解”、“這項研究的新穎性和貢獻應該得到強調”。

圖1 液氫微觀流道及磁性粘附的催化劑顆粒(顏色為渲染)

圖2?正仲氫催化轉化材料在4~300K溫區(qū)內的磁化率變化

圖3?正仲氫催化轉化器工作于藍色的氫冷箱內（圖片來自CSNS）

原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2024.08.025