随着第四轮氢能源研究的兴起，正仲氢转化研究正成为国际研究的热点课题之一。正氢和仲氢是氢的两种自旋异构体。由于低温下平衡氢中的仲氢浓度高，正仲氢之间存在自然转化并释放转化热，因此在液氢系统中需要高效、可靠的正仲氢催化转化技术。

理化所在与散裂中子源科学中心在大流量液氢循环应用的长期工程实践中，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，并揭示了正仲氢转化器中液氢微流动机制。该现象是在液氢研究中的首次发现，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。“泄漏”和“堵塞”是大型低温工程始终面对的两大挑战性问题。其中微流动机理分析是有效解决“堵塞”问题的基础，这一发现和分析结论已经成功应用到大型低温工程实践中。

中国科学院老一辈科学家在上世纪60年代就自主研制出高性能的氧化铁型正仲氢转化催化剂，并应用于氢液化器中。在此基础上，理化所完成了正仲氢转化器的研制并应用于中子源液氢系统。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，液氢系统已稳定运行了7年。液氢系统是中子生产质量的重要保障。其中的正仲氢催化转化器，是将由于打靶过程而产生的正氢快速地转化为仲氢，转化后仲氢的浓度高达99.8%。

该发现和研究以题为“正仲氢转化器的设计和流动特性分析”(Design and the flow characteristics analysis in an ortho-para hydrogen converter)的论文发表在《国际氢能杂志》(International Journal of Hydrogen Energy)，作者为理化所胡忠军、李靖宇和何昆（散裂中子源科学中心）。国际同行评议指出“为氢液化工程提供了有价值的见解”、“这项研究的新颖性和贡献应该得到强调”。

图1 液氢微观流道及磁性粘附的催化剂颗粒(颜色为渲染)

图2 正仲氢催化转化材料在4~300K温区内的磁化率变化

图3 正仲氢催化转化器工作于蓝色的氢冷箱内（图片来自CSNS）

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2024.08.025