本报讯（记者倪思洁）日前，记者从中国科学院理化技术研究所（以下简称理化所）获悉，该所与中国散裂中子源科学中心合作，在液氢系统中首次发现了不锈钢材料和含水氧化铁催化剂在低温环境下的磁性增强效应及其变化规律，揭示出正仲氢转化器中液氢微流动机制。该研究不仅为正仲氢的磁性催化转化机理提供了证据，也为液氢等大型低温工程的实施提供了重要指导。相关研究发表于《国际氢能杂志》。

在散裂中子源中，液氢系统是中子生产质量的重要保障。自2017年8月中国散裂中子源首次打靶成功产生中子束流以来，其液氢系统已稳定运行了7年。但是，在运行调试过程中，科研人员发现，其中的关键设备之一——正仲氢转化器的阻力异常大。

液氢系统等大型低温工程中，需要高效、可靠的正仲氢催化转化技术。“氢分子是双原子，两个原子核自旋方向有相同和不同之分，原子核自旋方向相同的氢分子被称为正氢，相反的则被称为仲氢。”论文通讯作者、理化所研究员胡忠军说。

低温下，正氢会自然地缓慢转化为仲氢，并放热，直到达到平衡，因此，在进行氢的降温液化、储存和应用时，科研人员需要预先使用催化剂将正氢转化为仲氢，以减少因不平衡的正仲氢自然转化放热而引起的液氢蒸发。然而，这种催化剂通常是一种砂粒状颗粒物，易掉渣。

“有的小颗粒会‘黏附’在流道内，使流道变狭窄，阻力增加，造成液氢循环时流量不畅，类似于‘血栓’，对系统循环的损害比较大。虽然我们根据反复试验调整微流道尺寸，从工程上解决了这种液氢‘血栓’的问题，但这种颗粒物黏附的深层机理一开始并不清楚。”胡忠军说。

对于上述问题，科研人员预测，材料在低温环境中可能存在不可忽视的“磁性”吸附，或许是造成“血栓”的主要原因。

通过实验，他们发现，在低温环境中，催化剂与丝毡材料均呈现出磁性增强效应，引起了液氢流动的“血栓”现象。他们将这种微流动研究结论应用到大型低温工程的其他工质的循环过程中，快速解决了工程中的挑战性问题。

国际同行认为，这项发现“为氢液化工程提供了有价值的见解”，“研究的新颖性和贡献应该得到强调”。

相关论文信息：

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