微生物电解池制氢研究进展（英文）

微生物电解池(MECs)是一种以微生物为电解制氢电池的阴极或阳极催化剂,将有机物间接转化为氢气的新型高效节能制氢技术.此类可再生制氢技术的开发,仍面临如何提高制氢速率、降低能耗以及成本等方面的挑战.本综述着重介绍MECs制氢的最新研究进展,首先扼要介绍了MECs技术制氢的工作原理和反应机理,总结并讨论了近几年电极材料、以及用于制氢的代表性电催化剂的研究进展,并且总结了不同有机物基底对MECs制氢性能的影响,最后提出了MECs制氢技术研究面临的几个关键挑战,展望提高MECs制氢性能的潜在方法.     

室温合成非晶三硫化钼析氢催化剂的性能调制以及其在串联制氢器件中的应用

高催化活性、低成本、良好工艺兼容性以及高稳定性的析氢催化剂是实现一体化光电化学水解制氢器件的关键, 然而传统的贵金属催化剂由于储量稀缺、成本高昂而严重限制了光电化学水解制氢器件的产业化进程. 本文在室温下通过湿法化学合成法制备了高催化活性、成本低廉以及工艺兼容性好的非金属非晶三硫化钼析氢催化剂, 并研究了不同催化剂滴涂量对其催化活性以及串联制氢器件制氢性能的影响. 结果表明, 存在最优化非晶三硫化钼催化剂滴涂量以获得最佳催化活性(10 mA/cm²电流密度对应电势达260 mV vs. RHE(可逆氢电极), 塔菲尔斜率达68 mV/dec), 其粗糙表面以及多孔结构可获得更大的电化学接触面积以促进析氢反应. 进一步将其作为光阴极应用于串联制氢器件, 可有效降低过电势损失和提高光生电流密度输出, 与光阳极结合有望提高制氢效率.     

甲酸盐储氢载体制氢特性研究

基于甲酸盐–碳酸氢盐的可逆循环技术可实现一体化制氢-储氢,具有储运便捷、安全性高等显著优势。然而,该技术的推广应用受限于碳酸氢盐储氢量及甲酸盐放氢性能。本文对甲酸盐制氢催化剂开展深入探究,将Pd-M(M=Co, Cu, Ni)合金催化剂应用于反应体系中,并结合X射线衍射、透射电子显微镜等表征与性能测试,揭示催化剂结构与制氢性能之间的构效关系。本论文的研究成果可对甲酸盐制氢体系的推广和应用提供理论指导。     

用低温电催化重整方法和CoZnAl催化剂进行低温生物油重整制氢

利用电化学催化重整方法和CoZnAl催化剂实现了高效的生物油重整制氢过程．研究了电流强度对氢气产率、碳转化率以及产物分布的影响．结果表明,通过催化剂的电流对氢气产量和碳转化率都有明显的促进作用,在500 oC低温重整条件下氢气产率和碳转化率分别达到大约70%和85%．此外,用XRD、XPS、TGA和BET研究了电流对催化剂的结构和性能的影响．结果表明,通电催化床中热电子对生物油中含氧有机物的重整反应起着重要的促进作用．     

仪器分析技术在直接甲醇燃料电池研究中的应用

介绍了仪器分析技术在直接甲醇燃料电池电催化剂及其载体结构,电池反应动力学、产物分析、固体聚合物电解质膜以及电池性能评价等各方面的应用及研究进展。     

纳米TiO2光催化降解有机污染物研究与应用新进展

在参考近两年国内外大量文献基础上,对纳米TiO2的光催化机理、催化剂性能的改进方法和影响催化剂性能的环境因素进行了评述和探讨;介绍了催化剂表面声光能辐射处理以及电场、微波、超声波助催化技术等新型增效、助效技术的研究进展;并综述了最近两年纳米TiO2在水环境污染物去除、小空间空气处理和材料表面抗菌抗蚀自洁净方面的应用研究新进展。     

钯基双金属合金催化甲酸制氢研究

甲酸具有来源广、成本低、质量储氢密度高等优势，成为潜在的化学储氢载体之一，然而，现在甲酸脱氢技术存在催化剂易失活、产物CO浓度高等挑战。开发高性能甲酸脱氢催化剂并实现脱氢产物的选择性调控是推动甲酸制氢技术长效发展的关键。本文提出以生物炭为载体、含钯双金属合金为活性组分，构筑Pd-M/BC(M=Cu, Ni, Fe, Co;BC为生物炭)催化剂，实现甲酸低温、高转化率及低CO选择性制氢。考察了不同热解温度生物炭载体、活性组分对甲酸脱氢性能的影响，结果表明，150°C、0.006 mL/min甲酸流率下可得到最低的CO选择性(1.31%)与高甲酸转化率(74.88%)，该研究可为Pd-M/BC催化甲酸脱氢技术的发展提供理论指导。     

TiO2及金属(Cu、Ni)掺杂催化材料水解制氢反应机理的理论研究

本文研究TiO₂以及金属(Cu、Ni)掺杂TiO₂催化剂水解制氢的两种不同析氢反应机理,计算了不同反应过程催化反应活化能,同时考察了系列催化剂电子激发态的催化活性.结果表明:催化剂电子激发态的催化活性增强,说明光照有助于降低反应的活化能,提高催化剂的活性.金属(Cu、Ni)掺杂TiO₂有助于降低水解制氢反应的活化能,且Cu的掺杂催化效果更明显,这与实验报道的结果一致.     

中低温太阳能-甲醇重整互补供能系统动力学提升与系统优化

本文考察了中低温-甲醇重整互补制氢及其与高温质子交换膜燃料电池(HT-PEMFC)结合的中低温太阳能-甲醇重整互补发电系统,并分析、优化了两供能系统的性能.从动力学性能优化角度,研发了一种适用于甲醇重整制氢反应的新型复合金属氧化物纳米催化剂,并测试了不同反应物体积流量与反应温度下的催化剂性能.基于动力学实验结果,模拟了...     

直接甲醇燃料电池

文章简要介绍了直接甲醇燃料电池(DMFC)的主要特点、工作原理、应用前景、技术状态及其商业化面临的挑战，开发能够提高甲醇氧化和氧还原动力学速率的低成本电催化剂，制备具有高质子电导率、低甲醇渗透率的电解质膜，实现高性能、长寿命的电极、膜电极制备技术以及系统集成技术的突破对DMFC商业化至关重要。     

生物油及生物质炭电催化制氢

报道了以生物质热裂解产物-生物油和生物质炭为原料,利用双固定床反应器和电催化水蒸气重整方法高效制氢过程研究．获得的最大绝对氢产率达到110.9 g H₂/1 kg干生物质,气相产物包括72%H₂、26%CO₂、1.9%CO和痕量的CH₄．研究了添加生物质炭对生物油制氢效果的影响,以及重整反应温度、通入催化床的电流等反应条件对生物油和生物质炭制氢效果的影响．结果表明,生物质炭的添加使绝对氢产率增加了大约20%～45%,提     

臭氧修饰(001)晶面TiO2纳米片及其光催化降解甲苯研究

本文系统研究了臭氧修饰对(001)主导晶面锐钛矿型TiO₂光催化剂降解甲苯性能的影响. 利用自行搭建的光催化VOCs降解装置对催化剂光降解甲苯的性能进行了测试. 通过多种表征手段,结合原位DRIFTS和DFT计算研究了臭氧表面修饰及甲苯吸附和降解机理. 结果表明,用臭氧进行表面修饰可以显著提高(001)主导晶面TiO₂光催化降解甲苯的性能. (001)晶面上丰富的5c-Ti不饱和配位是臭氧分子的吸附位点,其解离后形成的Ti-O键与H₂O分子结合,在表面生成大量孤立的Ti_5c-OH. Ti_5c-OH 是甲苯分子的吸附位,它的形成显著提高了对甲苯分子的吸附能力. 在光照下Ti_5c-OH与光生空穴结合能形成·OH自由基. 通过臭氧解离产生的O₂也可以与光生电子结合形成超氧自由基. 这些具有强氧化性活性自由基的形成促进了对气相甲苯的光催化降解速率.     

Insight into the reaction mechanism of ethanol steam reforming catalysed by Co–Mo6S8

The production of hydrogen via steam reforming of ethanol (SRE) is favourable for the use of hydrogen as an alternative fuel. Co–Mo₆S₈ possesses high activity and stability for SRE to sustainably produce hydrogen. The competition among reaction pathways related to C–H, O–H, C–C, C–O cleavage and H₂ formation was studied. The adsorption and reaction of related intermediates in the ESR reaction pathway are described. The results indicated that the most feasible route for the decomposition of ethanol catalysed by Co–Mo₆S₈ is CH₃CH₂OH*→CH₃CH₂O*→CH₃CHO*→CH₂CHO*→CHCHO*→CHCO*→CH*+CO*. The CH* can be decomposed into C*+H*, and CO* can be oxidised via the redox mechanism of the water gas shift (WGS) reaction. Thus the final products are CO₂ and H₂. The present result may help people to design an SRE catalyst, which has the ability to break C–C to form CO and H₂, then CO react with H₂O in the WGS reaction generating CO₂ and H₂.     

甲醇分子在金红石TiO2(110)和锐钛矿TiO2(001)表面吸附和反应的活性位点

通过高分辨的扫描隧道显微术研究并比较了金红石型TiO₂(110)-(1×1)和锐钛矿型TiO₂(001)-(1×4)两种表面的活性位点． 在金红石型TiO₂(110)-(1×1)表面, 观察到氧空位缺陷是O₂和CO₂分子的活性吸附位点,而五配位的Ti原子是水分子和甲醇分子的光催化反应活性位点．在锐钛矿型TiO₂(001)-(1×4)表面,观察到完全氧化的表面,Ti原子更可能是六配位的,H₂O和O₂分子均不易在这些Ti原子上吸附．经还原后表面出现富Ti的缺陷位点, 这些缺陷位点对H₂O和O₂分子表现出明显的活性． 锐钛矿型TiO₂(001)-(1×4)表面的吸附和反应活性并不具有很高的活性,某种程度上其表现出的活性似乎低于金红石型TiO₂(110)-(1×1)表面．     

不同pH酸性溶液中铂电极上氢析出和二氧化碳还原的电化学研究

本文利用循环伏安法和电化学原位红外光谱的联用,研究了Pt(111)和Pt膜电极在CO₂饱和的酸性溶液中氢析出和CO₂还原的竞争. 发现：(i)在pH>2的溶液中,主要反应是氢析出,界面pH值随着氢析出突然增加;(ii)通过红外光谱检测,CO_ad是CO₂还原过程中唯一的吸附中间体;(iii)CO_ad生成速率随着欠电位沉积氢(UPD-H)覆盖的增加而增大,并在氢析出的起始电位达到最大值;(iv)在氢析出时,CO_ad的减少与CO₂吸附和还原所必需的的中间产物(H_ad)有限的可用位点和停留时间相关.     

有机金属化学气相沉积法制备的Ni/Al2O3纳米复合材料的氢吸附

研究了通过有机金属化学气相沉积技术及单源分子前躯体方法制备的Ni/Al₂O₃纳米复合材料的氢吸附(存储). 在冷壁的有机金属化学气相沉积反应器中,通过降解Ni(acac)₂粉末基底上的[H₂Al(OtBu)]₂制备的Ni/Al₂O₃纳米复合材料. 通过X射线粉末衍射、扫描电镜、透射电镜以及能量色散型X射线荧光光谱等技术表征该复合材料. 采用自制Sievert's设备研究该复合材料的氢吸附(存储),可以储存约2.9%(重量比)的氢.     

A photoelectron spectroscopic study of the carburization of MoO3

MoO₃ and Mo samples containing copper were treated with different hydrocarbon/hydrogen gas mixtures. The formation of Mo₂C was followed by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). Spectra taken in the Mo 3d, C 1s, O 1s, Cu 2p and Cu KLL regions demonstrated that the treatment with the hydrocarbon/hydrogen gas mixtures led to the formation of Mo₂C. From the comparison of the effects of various hydrocarbons on the XP spectra of Mo 3d we can state that the reduction of MoO₃ starts at the lowest temperature for C₂H₆/H₂ (600 K) followed by CH₄/H₂ (700 K) and C₄H₁₀/H₂ (723 K). Binding energies of Mo 3d_5/2 characteristic for Mo₂C are measured in the range of 227.7-228.0 eV. These values were attained at 900 K for CH₄/H₂, at 800 K for C₂H₆/H₂ and at 873 K for C₄H₁₀/H₂. Addition of copper to MoO₃ catalyzed its reduction and promoted the carburization process.     

基于钯/碳纳米粒子复合薄膜的双氧水电化学传感性能研究

本文采用团簇束流沉积方法制备了一种复合纳米粒子电化学催化剂,在碳纳米粒子支撑层上沉积钯纳米粒子薄膜,发现其在双氧水电化学传感中具有较高的灵敏度.碳纳米粒子的覆盖率对钯纳米粒子薄膜的双氧水电化学催化活性有明显的影响.当碳纳米粒子覆盖满一个单层的时候,钯/碳纳米粒子复合薄膜对双氧水的检测灵敏度达到了最高值,是没有碳纳米粒子支撑层时的两倍之多.     

Effect of additives for higher removal rate in lithium niobate chemical mechanical planarization

High roughness and a greater number of defects were created by lithium niobate (LN; LiNbO₃) processes such as traditional grinding and mechanical polishing (MP), should be decreased for manufacturing LN device. Therefore, an alternative process for gaining defect-free and smooth surface is needed. Chemical mechanical planarization (CMP) is suitable method in the LN process because it uses a combination approach consisting of chemical and mechanical effects. First of all, we investigated the LN CMP process using commercial slurry by changing various process conditions such as down pressure and relative velocity. However, the LN CMP process time using commercial slurry was long to gain a smooth surface because of lower material removal rate (MRR). So, to improve the material removal rate (MRR), the effects of additives such as oxidizer (hydrogen peroxide; H₂O₂) and complexing agent (citric acid; C₆H₈O₇) in a potassium hydroxide (KOH) based slurry, were investigated. The manufactured slurry consisting of H₂O₂-citric acid in the KOH based slurry shows that the MRR of the H₂O₂ at 2 wt% and the citric acid at 0.06 M was higher than the MRR for other conditions.     

H2O2–Ng dynamics predictions using an accurate potential energy surface

ABSTRACT

Based on ab initio calculations, our research group has built an analytical ground-state potential energy surface (PES) for hydrogen peroxide– noble gas (Ng) interactions, such as H₂O₂–He, H₂O₂–Ne, H₂O₂–Ar, H₂O₂–Kr, and H₂O₂–Xe complexes. From this PES, it was verified that the Ng presence does not affect the equilibrium values of the H₂O₂ dihedral angles. This happens because the H₂O₂ intramolecular barriers have much higher energies than the atom–bond interaction within these complexes. From this point of view, it is indeed reasonable to consider the H₂O₂ system as a rigid rotor, frozen at its equilibrium configuration. We present in this work the torsional motion for the H₂O₂ isolated system, the vibration–rotation energy levels and spectroscopic constants for hydrogen peroxide–noble gas by using the aforementioned PES. The predicted H₂O₂ torsional motions are in good agreement with both theoretical and experimental results available in the literature. Regarding H₂O₂–Ng ro-vibrational energies and spectroscopic constants, it is the first time that these calculations are presented in the literature. The current theoretical predictions are expected to be useful in the future experimental investigations.