氢氨协同与燃料灵活转化
围绕氨作为储氢介质和燃料的双重角色，研究部分裂解、氢氨掺混与后续利用之间的联系。关注裂解比例、组分和供热条件如何影响燃料适应性、稳定燃烧与含氮排放，为按需制氢和氢氨协同利用提供依据。
CLS · RESEARCH AREAS
清洁能源与未来燃料
Clean Energy & Future Fuels
连接燃料转化、催化反应与清洁利用，探索氢氨能源和未来燃料的新路径。
研究概述
能源转型需要新的燃料，也需要与之匹配的转化和利用技术。我们关注氢、氨、天然气及生物质衍生燃料，研究分子结构、反应环境与装置设计如何共同影响燃料转化、能量利用和产物生成。研究从反应机理出发，连接催化剂、反应器与终端用能，为工业供热、交通动力和分布式能源提供更多选择。
团队已围绕自热式氨分解微通道反应器、部分裂解氨的燃烧、含氧燃料热解与制氢，以及燃料组分对碳烟生成的影响发表研究。我们结合组分测量、化学动力学和数值模拟，分析反应与传热之间的联系。在这些基础上，催化剂开发及其与反应器的协同设计，将成为本方向进一步拓展的重点。
研究重点
氨裂解催化剂与反应器设计
以已有氨分解微通道反应器研究为起点，计划进一步开展催化剂活性、稳定性及载体结构研究，结合催化层布置、流道设计和热量供给优化反应过程。将材料性能与传热传质相联系，探索适合动态负荷的紧凑型氨裂解装置。
天然气裂解制氢与碳黑联产
拟围绕天然气中甲烷的热裂解和催化裂解，研究氢气生成与固体碳形成的耦合过程。重点考虑催化剂与反应器设计、积碳失活和连续移碳，并探索碳黑粒径、形貌与结构调控，使制氢过程与具有应用价值的碳产品相衔接。
替代燃料与分子转化机理
以醇、醚、酯及其他含氧燃料的研究为基础，分析分子结构、掺混方式和反应气氛对热解路径、氢气及中间产物的影响。连接燃料反应活性与污染物生成规律，为生物质衍生燃料和合成燃料的转化与利用提供机理依据。
未来拓展
未来将重点布局氨裂解和天然气裂解中的催化剂—反应器协同设计，逐步连接材料筛选、机理分析、装置实验与系统优化。天然气裂解方向将把制氢效率、碳产品品质和连续运行能力一并纳入评价，并利用已有碳烟形成及纳米结构研究的积累，探索碳颗粒的可控制备和材料应用。同时，我们将探索与可再生电力及余热利用相衔接的供能方式，在系统层面评估能源消耗与碳排放。
代表论文
- Numerical analysis of autothermal microchannel reactors for ammonia decomposition: Roles of material and channel architecture
考察材料与通道结构对自热式氨分解微通道反应器的影响，连接燃料转化与反应器设计。
- Combustion and NOx emission characteristics in premixed swirling flames of partially cracked ammonia
研究部分裂解氨的预混旋流燃烧与 NOx 排放，为氨裂解和终端利用的衔接提供依据。
- Reaction mechanisms and hydrogen production in the thermal decomposition of simple carboxylic acids in O2/H2O environments
分析含氧燃料热分解过程中的反应机制与制氢行为，支撑热化学燃料转化研究。
- Effects of oxygenated biofuel additives on soot formation: A comprehensive review of laboratory-scale studies
梳理含氧生物燃料添加剂对碳烟形成的影响，连接燃料分子组成与清洁利用。
- Effects of ammonia addition on the soot nanostructure and oxidation reactivity in n-heptane/toluene diffusion flames
研究燃烧碳烟的纳米结构与氧化反应性，为未来碳颗粒结构研究提供相关基础。