氢的制备、储存、安全检测与生物燃料电池研究

目前，化石能源日益枯竭和二氧化碳排放导致的温室效应引起了世界各国的高度关注。约五分之一的二氧化碳是由使用化石燃料的交通工具所导致的。氢能是人类至今为止已知的、最为理想的清洁能源，使用零排放的氢燃料电池驱动交通工具是减少二氧化碳排放的有效手段之一。世界各国把氢能作为战略能源进行研究，我国既是能源短缺国，又是能源消耗最大的国家之一。《国家中长期科学和技术发展规划纲要》明确指出，能源是未来15年我国科技发展的重要领域，清洁能源低成本规模化开发利用则是重点领域和优先主题。 本文将将简要介绍课题组在铝基材料制氢技术、多孔金属有机框架化合物（MOFs）材料储氢技术、基于石英微天平的氢气安全检测技术和生物燃料电池的有关研究工作。     

《燃料电池电化学催化与催化剂》专辑序言——新能源产业的关键技术:燃料电池

正随着世界石油储量的快速消耗以及由此带来的环境污染问题,世界各国都在积极寻找清洁无污染的可再生替代能源.以氢气的生产、储存、运输及利用为基础的"氢能经济",对于摆脱人类对化石能源的依赖,实现可持续发展具有重要的意义.燃料电池作为将氢能直接转化为电能的洁净发电装置,是替代现有燃油发动机的最佳选择,不仅可以为现代交通工具提供理想的动力源,而且在移动通讯、潜艇、航空飞行器等方面也具有广阔     

面向氢能源、燃料电池和二氧化碳减排的制氢途径的选择

对氢气的多种制造途径加以探讨，也涉及到氢能的利用、燃料电池以及二氧化碳的减排。需要指出的是氢气并非能源，而只是能量的载体。 所以氢能的发展首先需要制造氢气。对于以化石燃料为基础的制氢过程，如煤的气化和天然气重整，需要开发更经济和环境友好的新过程，在这些新过程中要同时考虑二氧化碳的有效收集和利用问题。对于煤和生物质，在此提出了一种值得进一步深入研究的富一氧化碳气化制氢的概念。对于以氢为原料的质子交换膜燃料电池系统，必须严格控制制备的氢气中的一氧化碳和硫化氢；对于以烃类为原料的固体氧化物燃料电池，制备的合成气中的硫也需严格控制。然而，传统的脱硫方法并不适宜于这种用于燃料电池的极高深度的氢气和合成气的脱硫。氢能和燃料电池的发展是与控制二氧化碳排放紧密相关的。     

增强制氢性能的ZnO@ZnS空心微球S型异质结光催化剂

随着近年来工业化进程的加速,能源消耗急剧增加,同时伴随着环境的恶化,开发可再生能源的需求日益迫切.氢能因具有高能量密度、零碳排放和可循环利用性而被认为是化石燃料最理想的替代者之一.当下几种制氢技术(如水电解法、丙烷脱氢法和石脑油热解法等)通常需要高温或高功耗,因此其大规模应用受到限制.半导体光催化分解水制氢技术可以将太...     

二氧化碳在聚氨酯中的资源化应用

随着现代社会的快速发展,人们对能源的需求与日俱增,目前,发展中国家仍以化石燃料为主要能源投入,其燃烧产生的二氧化碳排放带来的温室效应和环境问题已引起举世关注.因此,通过对二氧化碳进行捕集、封存与转化利用,实现碳减排和碳中和目标成为目前研究的热点.其中,二氧化碳基高分子材料的制备在实现二氧化碳资源化利用的同时,也为聚合物...     

电催化产氢:从原理到应用

全球人口增长及对能源需求的不断增大使能源安全问题日益严峻,开发可持续的非化石燃料能源是解决问题的有效途径.氢能具有无二氧化碳排放、能量密度高等特点,因此氢气被认为是理想的能源载体.在能量转换过程中,氢气可经由电能从再生能源中产生,以化学键的形式储存能量,亦可在需要时通过燃料电池或其他设备转换回电能并输送给终端.因此,探究高效的氢气制造方法和转换途径是实现氢能应用的重中之重.在氢气的制造策略中,电催化途径因具有快速、高效、高选择性和高性价比等特点成为目前高效制氢的最优选方案之一.自1833年Faraday首先提出电解水的概念,到19世纪20～30年代陆续出现不同种类的电解池装置,再至目前已发展的多种电催化制氢及耦合反应的设计,电解水制氢技术已取得了很大进步.本文从电催化制氢的基本原理、性能评价方法、电催化剂种类及电池结构对电催化制氢进行了总结,并评述了电催化制氢的最新研究进展,指出了目前研究中存在的问题及可能的解决方案.     

太阳能光催化制氢研究进展*

由于化石燃料本身的不可持续性,以及燃烧化石燃料释放的大量CO₂ 产生的温室效应、环境污染等严重的全球性问题,构建洁净的、环境友好的、非化石燃料的、可再生新能源体系,已经成为世界各国高度关注的焦点和重大战略。太阳能由于其取之不竭、洁净无污染、可再生等优点,必将在未来的新能源开发中占据举足轻重的地位。而氢能具有高燃烧值、燃烧产物是水因此无环境污染等优点,因此,利用自然界丰富的太阳能光催化制氢作为可持续发展的新能源途径之一,正日益受到国际社会的高度关注。本文简要综述了近年来这一研究领域的一些重要进展,总结了本课题组在半导体光催化制氢研究方面所取得的最新结果,并对太阳能光催化制氢的未来发展进行展望。     

煤液化残渣与生物质混合燃烧过程中硫污染物动态排放特性研究

生物质在全球总能源消耗中占有相当大的比例，世界各国对生物质能利用新技术的研究日益重视。用生物质燃料替代传统的化石燃料，不仅可以缓解日益严重的能源问题，也可以减少环境污染和降低CO2的排放心。但生物质的热值比较低，单独利用效率较低，因此一些欧美发达国家采取了将部分生物质与煤混和燃烧发电或气化的新技术。     

不同预处理的氧化亚铜纳米线电极诱导的晶面效应提升电化学CO2还原为多碳产物

近年来,由于化石燃料不断消耗造成的二氧化碳气体过量排放,对人类生活环境造成越来越大的威胁.电催化二氧化碳还原反应是一种很有前景的解决方法,可回收废弃的二氧化碳并通过将其转化为可再生的燃料和化学品来最终实现碳循环.在各种还原产物中,多碳化学产物因其具有高能量密度和高商业价值而备受青睐.然而,由于涉及多个复杂的反应途径,设...     

缺陷位工程在二维材料电催化析氢反应中的研究进展

面对不可再生资源的快速消耗和环境污染的日益加重,寻找清洁可再生能源势在必行.氢能是一种清洁可再生的能源,是目前最有希望替代化石燃料的一种能源.电化学水分解可用来产生高纯氢气,其中析氢催化剂起着至关重要的作用.尽管贵金属铂基催化剂表现出优异的析氢性能,然而稀缺性和高成本限制了其大规模应用.因此,开发高效和地球存量丰富的电...     

储氢材料的研究进展

日益严峻的能源危机和环境污染,使得发展清洁的可再生能源成为世界各国的重要课题。氢能源以其可再生性和良好的环保效应成为未来最具发展潜力的能源载体,氢能被公认为人类未来的理想能源,而氢的储存是发展氢能技术的难点之一。介绍了各类材料的储氢功能特点和近年来几类主要储氢材料的研究进展,并指出了储氢材料的发展方向。     

功能化离子液体吸收活化二氧化碳制取甲酸

正二氧化碳是主要的温室气体,同时又是重要的碳资源。因此,二氧化碳的捕集和利用(CO_2 capture and utilization,CCU)在解决由于化石燃料的大量使用所导致的环境和能源问题等方面具有重要的意义~(1–3)。与传统的二氧化碳捕获和存储(CO_2 capture and storage,CCS)技术相比~4,CCU强调将捕获的CO_2作为一种碳资源转化为化学品     

氧化还原刻蚀铜表面对二氧化碳电催化还原性能的研究

大规模化石燃料的使用排放了大量的二氧化碳（CO₂）,导致环境中二氧化碳的含量急剧增加. 为了降低大气中二氧化碳的含量,以电催化的方法将二氧化碳转化为有用的化工原料和燃料是解决能源和环境问题的重要途径. 本文主要利用氧化还原刻蚀法,在铜表面形成复合纳米结构,用于二氧化碳的电催化还原反应研究. 首先,作者通过一定浓度的三氯化铁（FeCl₃）溶液与铜片的氧化还原反应,在刻蚀铜表面时形成具有立方体结构的氯化亚铜纳米材料,用于二氧化碳的电催化还原反应. 为了研究反应时间对催化性能的影响,作者通过改变反应时间（1、2、3和4 h）合成了不同结构的铜基催化剂. 研究发现,在反应3 h后,Cu-3h催化剂对二氧化碳的电催化还原具有较小的起始电压（-0.3 V vs. RHE）和较大的电流密度值,表现出了较强的还原能力. 经检测,所得到主要还原产物为一氧化碳（CO）和甲烷（CH₄）. 在-0.6 V时,二氧化碳催化还原的法拉第效率可达到60%,表明以氧化还原法刻蚀铜表面具有较好的改善二氧化碳电催化还原的能力.     

甘油水蒸气重整制氢催化剂研究进展

能源危机与环境恶化已成为影响当今人类可持续发展的首要问题.随着人们对于化石燃料使用量的增加和环保意识的增强,可替代能源的开发与研究受到了越来越多的关注.生物柴油作为生物能源的形式之一,因其来源广泛,污染小,可再生等一系列优点引起了世界各国的高度重视.早被美国能源发展委员会（DOP）、美国环保署（EPA）和美国试验与材料协会（ASTM）三大机构认可[1].     

CdS/聚合物梯形产氢光催化剂及其原位光照电子转移机制

氢气是公认的洁净、高效、可再生的能源载体,有望替代目前广泛使用的化石燃料.太阳能光催化产氢是实现高效、低成本、可持续生产氢能的一种途径.然而,单一组分光催化剂的性能受限于光生电子-空穴的快速复合,并且不能同时满足宽的太阳光吸收范围和强的氧化还原能力的要求,因此需要构建异质结来增强光生载流子的分离并保持高效光吸收和强氧化...     

无碱CO2加氢高效制甲酸Pd/g-C3N4催化剂的单原子和纳米簇的协同作用(英文)

气候变化威胁人类的生存.化石燃料的过度使用导致CO₂持续排放是引起全球变暖和气候变化的主要因素,须尽快减少CO₂排放.捕获CO₂并将其转化为高附加值的燃料和化学品从而循环利用是减少CO₂净排放的有效措施.其中, CO₂催化加氢制甲酸(HCOOH)是碳捕获与利用(CCU)的有效途径之一,其产物HCOOH可用于防腐剂、牲畜饲料抗菌剂和食品添加剂,也可作为氢载体和直接甲酸燃料电池的燃料.目前,工业上生产HCOOH的工艺包括两个步骤:甲醇和CO在强碱条件下反应生成甲酸甲酯(HCO₂CH₃),随后水解为HCOOH.该工艺利用来自化石燃料的两种原料,排放出大量CO₂,同时在水解步骤中使用了过量的酸性水,因此对生态环境产生一定的危害.近年来,以CO₂为可再生原料合成HCOOH被广泛研究,人们探索了电化学、光化学、生物和热化学反应等多种途径将CO₂还原为HCOOH,以期实现CO     

二氧化碳加氢制甲醇多相催化剂研究进展

化石燃料的利用为人类社会带来了前所未有的繁荣和发展. 然而, 化石燃料燃烧引起的过量的二氧化碳(CO₂)排放导致全球气候变化和海洋酸化; 而且作为一种有限的资源, 化石燃料的消耗将迫使人们寻找其它碳源以维持可持续的发展. 利用可再生能源获取电能分解水制得的绿色氢气(H₂)与捕集后的CO₂反应制成甲醇, 不仅能有效利用工业废气中多余的CO₂, 还能获取清洁、 可再生的甲醇化学品, 该过程的技术核心是开发高效稳定的CO₂加氢制甲醇催化剂. 本文综合评述了现有研究关注较多的多相催化CO₂加氢制甲醇催化剂的反应机理和构效关系, 总结了目前多相催化CO₂加氢制甲醇催化剂(Cu基催化剂、 贵金属与双金属催化剂、 氧化物催化剂以及其它新型催化剂)的设计与合成方面的研究进展, 最后对该领域所面临的机遇和挑战进行了展望.     

高活性抗CO2中毒中温固体氧化物燃料电池阴极

正过度开发和使用化石能源造成了目前世界能源短缺,并且导致了严重的环境污染。为了实现人类的可持续发展,开发和利用经济、洁净的新能源是21世纪世界能源科技的主题。固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种高效、清洁、环境友好、燃料选择范围宽广的能源转换技术1。其中阴极材料是SOFC的一个重要组成部分,涉及氧还原反应(ORR)过程,其性能的好坏直接影响电池的性能。目前开发的一些经典中温(500-800°C)SOFC     

从液态阳光人工光合成淀粉

人工光合成是利用太阳能等可再生能源通过连续催化反应将水和二氧化碳转化为液态燃料的过程,是减少二氧化碳排放、实现绿色低碳发展的一种重要方法.人工光合成的目标产物不仅包括二氧化碳转化与利用得到的能源小分子,还包括淀粉和蛋白质等生物基大分子.在自然光合作用中,高等植物、绿藻和蓝细菌首先利用太阳能将水氧化放出氧气并产生还原型辅...     

减少CO2排放方法评价

在减少大气中逐渐增大浓度的二氧化碳的诸多研究方法中,螯合作用被认为是一个限制二氧化碳排放最先考虑到的方法。限制二氧化碳排放是一个主要的应优先考虑的事。虽然因为电力及其它动力所依赖的矿物燃料的需要在继续增长,这些努力的实际结果很难为人们所注意。螯合作用的设想是将大量的大气二氧化碳螯合,以减缓导致大气的温室的建立。有关这个问题的大幅度解决及处理此问题的将来可能性麻省理工学院的Howard J.Herzog于1992年10月在华盛顿召开的美国化学学会燃料化学分会全国会议上作了详细讨论。在世界范围内,大约有三分之一的二氧化排放量来自于发电厂。排放水平可以通过降低