新型纳米结构推动燃料电池电极催化剂的发展

正燃料电池是一种不受卡诺循环限制、清洁高效地将化学能转化为电能的能源转换装置。电催化剂是燃料电池的核心部件,在很大程度上决定了最终的放电性能。目前,碳载纳米铂(Pt/C)是最被广泛使用的燃料电池阳极燃料氧化反应和阴极氧气还原反应(ORR)的电催化剂。然而,Pt/C高成本、低活性和低稳定性的特点严重制约了燃料电池技术的商业化进程。近年来,研究人员试图通过对纳米材料微观结构的精细调控来解决以上问     

关于氢氧燃料电池的教学实验

燃料电池是一种将化学能直接转化为电能的发电装置,这种装置工作时,人们向它源源不断地提供燃料,同时获得持续不断的电能输出。     

燃料电池反应器在化学品与电能共生中应用

燃料电池作为能源转换装置能够高效地将化学能转化为电能,随着技术的发展人们将其作为反应器来完成高附加值的化学品的合成,同时产生一定的电能. 燃料电池反应器因具有反应条件温和、反应过程可控、产物选择性高、能源利用效率高等特点,而被广泛地应用于医药中间体的制备、气体分离、水处理等多个领域. 本文首先按照反应器中阴阳极区域发生反应的类型进行分类,介绍燃料电池反应器在化学品与电能联产中的研究现状和研究进展. 随后描述了燃料电池反应器中存在的问题,并依照催化剂、反应过程等方向对解决方案进行探讨. 最后,对几种新型燃料电池反应器的研究进行了简要的介绍并对其发展做出了展望.     

燃料电池反应器在化学品与电能共生中应用北大核心CSCD

燃料电池作为能源转换装置能够高效地将化学能转化为电能,随着技术的发展人们将其作为反应器来完成高附加值的化学品的合成,同时产生一定的电能.燃料电池反应器因具有反应条件温和、反应过程可控、产物选择性高、能源利用效率高等特点,而被广泛地应用于医药中间体的制备、气体分离、水处理等多个领域.本文首先按照反应器中阴阳极区域发生反应的类型进行分类,介绍燃料电池反应器在化学品与电能联产中的研究现状和研究进展.随后描述了燃料电池反应器中存在的问题,并依照催化剂、反应过程等方向对解决方案进行探讨.最后,对几种新型燃料电池反应器的研究进行了简要的介绍并对其发展做出了展望.     

铂铜合金催化甲醇电氧化的机理研究

直接甲醇燃料电池(DMFC)可以将甲醇的化学能转化为电能.甲醇在室温下是一种液体,很容易运输和低风险储存.在常用燃料中,甲醇热值较高且价格便宜,其单位价格热值甚至高于汽油.更重要的是,甲醇可以通过二氧化碳催化加氢制得.因此可以将可再生能源转化为氢气,并高效地存储在甲醇分子中.而燃料电池消耗甲醇后,产物只有二氧化碳和无污...     

能源转换演示装置的设计

针对高中化学教材中提到的新能源问题,探索设计了可将太阳能转化为电能,电能转化为化学能,化学能转化为电能,电能转化为热能的能源转换演示装置。通过该实验的演示,可以让学生直观地感受到几种能量之间的转化过程,可供教学参考和借鉴。     

燃料电池应用发展现状及相关技术问题

燃料电池(FC)是一种将贮存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。它的发电方式与常规的化学电源一样。电极提供电子转移的场所,阳极催化燃料(如氢等)的氧化过程,阴极催化氧化剂(如氧)的还原过程,导电离子在将阴阳极分开的电解质内迁移,电子通过外电路作功并构成总的电回路。在电池内这一化学能向电能的转化     

微生物燃料电池在传感分析中的应用及研究进展

微生物燃料电池(Microbial fuel cell,MFC)是一种利用微生物将化学能直接转化为电能的装置.近年来,除改善微生物燃料电池的输出性能外,研究者也不断开发其在传感分析中的应用.基于微生物燃料电池的传感分析装置无需外加电源,具有操作简单、可连续检测等优点,是一种极具应用前景的传感分析技术.本文依据这些传感分析装置的用途进行分类,主要综述了微生物燃料电池在检测分析生化需氧量(BOD)、挥发性脂肪酸、毒性物质、微生物活性和数量以及其它方面的研究,并对其发展趋势和应用前景进行了展望.     

中温固体氧化物燃料电池优势和挑战的简要评述

燃料电池是一种将燃料的化学能直接转化为电能的电化学发电装置. 在各种类型的燃料电池中,固体氧化物燃料电池（SOFC）在600~800 ^oC的中温区运行,因此与质子交换膜燃料电池等低温燃料电池相比,它的燃料选择范围更广,具有更广泛的应用前景. 然而,SOFC的商业应用面临着两大挑战：成本和稳定性. 这两种挑战与阳极、阴极、电解质、连接体和密封材料等组件的加工、制备、性能、化学和微结构稳定性密切相关. 电池堆的导管连接材料也需要经过仔细地筛选,以最大限度地降低有毒害的挥发性成分,从而确保电池结构的稳定和完整. 本文旨在简要评述SOFC的材料和组分的研究现状,并提出展望. 本文也对新一代SOFC技术面临的机遇和挑战进行了探讨.     

甲醇在钯电极上的电化学氧化

直接甲醇燃料电池(DMFC)是将燃料(甲醇)和氧化剂(氧气或空气)的化学能直接转化为电能的装置,它体积小、环境污染小、性能可靠,具有广阔的应用前景.甲醇分子反应活性较低,具有较高的极化电位,因此阳极催化剂是DMFC研究的重要内容.目前阳极催化剂往往采用大量的贵金属(如铂),这不可避免地增加了DMFC的成本,限制了DMFC的应用范围~([1]).     

Recent Advances in the Research of Photo-Assisted Lithium-Based Rechargeable Batteries

The application of solar energy is crucial for alleviating the energy crisis and achieving sustainable development. In recent years, photo-assisted rechargeable batteries have attracted researchers because they can directly convert and store solar energy in the batteries. And it also can be used like a normal battery without light illumination. Photo-assisted lithium-based batteries have received more attention than other energy storage systems due to their higher energy density and relatively mature development. This Review focuses on the design of various photo-assisted lithium-based batteries including Li-ion, Li-S, Li-O₂, Li-CO₂ and Li-I batteries, as well as the working mechanism of photoelectrodes in these battery systems. The basic understanding and challenge of photo-assisted lithium-based batteries are also discussed. At last, perspectives for the photoelectrode development are provided in the summary to advance photo-assisted energy storage systems.     

Progress and Prospect of Photothermal Catalysis

Recently, solar-driven synthesis due to its energy-saving and environmentally friendly advantages has attracted more and more attention, whereas the low solar-to-chemical conversion efficiency significantly hindered its development. New effective options that fully utilize full-band sunlight are urgently needed. Novel photothermal catalysis combined with the advantages of photocatalysis and thermalcatalysis can improve the utilization efficiency of solar energy and lower the reaction temperature, thus becoming a promising technology. This review divides photothermal catalysis into photo-assisted thermalcatalysis, thermal-assisted photocatalysis, and photothermal synergistic catalysis. Furthermore, the catalytic mechanical understanding of how photothermal affects the catalytic property of different applications(e.g., water splitting, CO₂/N₂ reduction, and environmental treatment) was also summed up and discussed in detail. The discussion ends with unsolved challenges in photothermal catalysis, particularly emphasizing the effect of temperature or sunlight on catalytic performance.     

Advances in Thermoelectric Composites Consisting of Conductive Polymers and Fillers with Different Architectures

Stretchable wireless power is in increasingly high demand in fields such as smart devices, flexible robots, and electronic skins. Thermoelectric devices are able to convert heat into electricity due to the Seebeck effect, making them promising candidates for wearable electronics. Therefore, high-performance conductive polymer-based composites are urgently required for flexible wearable thermoelectric devices for the utilization of low-grade thermal energy. In this review, mechanisms and optimization strategies for polymer-based thermoelectric composites containing fillers of different architectures will be introduced, and recent advances in the development of such thermoelectric composites containing 0- to 3-dimensional filler components will be presented and outlooked.     

Fe-MILs系可见光响应复合材料在光诱导反应中的应用研究进展

能源危机和环境问题已成为人类社会面临和亟待解决的两个重大问题。光催化技术被认为是解决能源危机和环境问题有效方法之一。来瓦希尔骨架材料（MILs）是一类著名的金属骨架有机材料（MOFs）。Fe-MILs是MILs系列材料中一个重要的分支,其带隙宽度约为2.39 eV ~ 2.79 eV,能被可见光激发。然而,Fe-MILs存在光的利用率低、导电性差、光生电子-空穴复合快、光腐蚀等缺点。近年来,研究者们采用多种方法对Fe-MILs进行改性,制备了很多Fe-MILs衍生的可见光响应复合材料,并将这些材料成功用于光诱导反应。本文主要综述了近年来Fe-MILs衍生的可见光响应复合材料在水的分解、CO2还原、有机物转化、光催化固氮等多个领域的应用研究,并对Fe-MILs光催化剂的发展提出了建议。     

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利用太阳能光解水制氢和降解有机污染物对解决能源和环境问题具有重要意义，而可见光响应催化剂的研制是实现太阳光高效利用的关键。本文从可见光响应光催化剂的设计思路出发，从电子能带结构、固溶体结构和微观复合结构三方面介绍了目前光催化剂的研究进展和发展方向。     

宽光谱太阳能电池

太阳能电池的光谱响应特性和光电转换效率与光伏材料的微观能带结构及其宏观组装方式密切相关。无论使用哪种光伏材料,普通单结或单层太阳能电池都只能对部分波段的太阳光进行有效利用。宽光谱研究的目标是要使太阳能电池更好地利用太阳光谱所覆盖的全部波段范围的能量,从而提高太阳能电池光电转换效率。本文从化学角度综述了实现宽光谱太阳能电池的基本方法和当前的研究进展,其中包括叠层太阳能电池、中间带太阳能电池、量子点太阳能电池、热光伏太阳能电池、上转换和下转换、分子基柔性太阳能电池等方法。     

光致热效应促进的全光谱光催化CO2还原

以半导体等为催化剂,在太阳能作用下将CO2和H2O转化为可再生燃料与氧气的“人工光合作用”有望同时解决目前面临的严峻能源和环境问题,因而备受关注.但半导体催化剂光谱响应范围较窄、表面反应动力学缓慢,从而导致目前仍无法获得可观的太阳能-燃料转换效率.已有很多研究采用了晶面调控、元素掺杂和异质结构建等方法,以提高半导体光催化剂的太阳能-燃料转换效率,但效果仍不令人满意,主要原因是半导体光催化剂很难在吸收带边-氧化还原能力和活性-稳定性这两种关系中取得较好的平衡.此外,光催化反应中的动力学也是主要问题之一,尤其在人工光合作用反应中,CO2还原半反应和H2O氧化半反应的动力学均较困难, 这已成为共识, 而解决这个问题, 将有助于我们从一新的角度理解光催化过程, 从而提升光催化反应性能.本文以Au NP/金红石为模型催化剂, 纯金红石为参照, 证明了存在太阳光中的红外光致热和可见光诱导的等离激元热效应等两类光致热效应, 它们均可以促进人工光合作用反应. 研究发现, 人工光合作用反应与其他许多化学反应一样, 表观活化能为正, 从而表明动力学因素在该反应中起着重要作用. 此外, 根据不同反应温度下的结果, 通过计算Au NP/金红石和纯金红石上生成CO和CH4的表观活化能, 发现在这二种样品上CH4的表观活化能均高于CO, 这就从动力学上解释了热力学上更容易得到的CH4在绝大多光催化CO2还原反应中的产率均低于CO. 此外, 无论是对于CO还是CH4, Au NP/金红石的催化表观活化能均低于纯金红石的. 因此, 本文从实验上提供了贵金属纳米粒子改善人工光合作用动力学的实验证据,并从动力学角度解释了人工光合作用反应中的活性和选择性问题. 本研究证明了动力学因素在光催化反应, 尤其是人工光合作用反应中的重要性, 并提出了从动力学角度提升人工光合作用反应的新方法, 即利用太阳光的光致热效应加速反应, 这不仅有助于提升太阳能转化效率, 也有望减少反应设备成本, 从而促进其大规模应用.     

具备高效析氢催化效率的三维多孔氮化钒八面体催化剂

随着中国经济和社会的快速发展,能源需求和环境污染问题也日益渐长. 发展和开发高效清洁的新能源燃料可以有效地缓解能源危机和环境污染. 如今,研发高效、环境友好和低成本的催化剂仍是析氢反应的研究重点. 在此项研究中,作者首先通过煅烧处理方式制备了一种三维多孔的氮化钒八面体结构型的催化剂. 该催化剂具备高效的析氢效率,包括较低的过电位94.0 mV（在-10 mA·cm^-2时）,塔菲尔斜率为54.6 mV·dec^-1,以及在酸性条件80小时展现出的优良稳定性,该氮化钒的析氢催化效率优于许多报道过的氮化物,其优良的催化效率可以归因于它独一无二的自身性质和大量的活性位点.     

Photoinduced Oxygen Reduction Reaction Boosts the Output Voltage of a Zinc–Air Battery

Utilization of solar energy is of great interest for a sustainable society, and its conversion into electricity in a compact battery is challenging. Herein, a zinc–air battery with the polymer semiconductor polytrithiophene (pTTh) as the cathode is reported for direct conversion of photoenergy into electric energy. Upon irradiation, photoelectrons are generated in the conduction band (CB) of pTTh and then injected into the π_2p* orbitals of O₂ for its reduction to HO₂^?, which is disproportionated to OH^? and drives the oxidation of Zn to ZnO at the anode. The discharge voltage was significantly increased to 1.78 V without decay during discharge–charge cycles over 64 h, which corresponds to an energy density increase of 29.0 % as compared to 1.38 V for a zinc–air battery with state‐of‐the‐art Pt/C. The zinc–air battery with an intrinsically different reaction scheme for simultaneous conversion of chemical and photoenergy into electric energy opens a new pathway for utilization of solar energy.