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。     

钙基废弃物对生物质吸附增强式气化制氢特性的影响研究

为了提高生物质气化制氢效率，综合利用工业固废资源，利用钙基废弃物——电石渣作为CO₂吸附剂，在两段式固定床上探究了钙基废弃物的添加量、反应温度对生物质气化制氢特性的影响，着重研究了吸附剂在实际应用中的循环吸附性能，并以此探讨了电石渣对生物质吸附增强气化的影响机制。结果表明，随着电石渣添加量的逐渐增加，H₂产量和含量都呈现出增加的趋势。而随着温度的升高，H₂产量和含量先增加后减小。当CaO/C物质的量比为1，重整段温度为700℃时，气体产物中的H₂产量和含量为154.34 m L/g(生物质)和26.76%，获得最大值。当电石渣循环次数小于5时，H₂的含量和产量相较于初次反应都有所增加。     

叠层扩散层对质子交换膜电解池性能影响的实验研究

质子交换膜电解水制氢技术的发展受到成本的约束。通过提高电流密度以提高单位质子交换膜电解池的氢产量可以降低单位应用成本，但高电流密度下电解池内部传质过电势的升高会导致制氢效率的下降。本文从降低质子交换膜电解池在高电流密度下的传质过电势入手，设计了有利于传质的“钛毡–钛网”式叠层扩散层结构，并进行对照实验分析了不同扩散层结构对电解池性能的影响规律。实验证明，钛毡叠加30目钛网的叠层扩散层结构可以使高电流密度(5 A/cm²)下的传质过电势降低至0.25 V(与钛毡或30目钛网作为扩散层相比，传质过电势分别降低了0.24 V与0.55 V)，本项工作也为后续扩散层结构的优化提供了思路。     

基于阳极甘油氧化电催化的碱/酸混合电解制氢研究（英文）

耦合可再生电能的电解水制氢是一项极具前景的绿氢技术,该技术仍受限于阳极析氧反应(OER)动力学慢、过电位高等问题的限制。在阳极端采用热力学更容易的电氧化反应代替OER,可大幅降低电耗并且在阳极端获得增值产物,是电解制氢的一种新策略。甘油作为生物柴油生产的主要副产品且产能过剩,其电催化氧化(GOR)理论电位比OER低。基于此,本研究工作报道了一种耦合酸性析氢反应(HER)与碱性GOR的混合酸/碱双电解液的制氢电解器,其以泡沫镍(NF)支撑Co₃O₄纳米片(NS)电极(Co₃O₄·NSs/NF)为阳极,商用碳载铂修饰碳布电极为阴极。在阳极端,Co₃O₄·NSs/NF对GOR电催化表现出较低的过电位和转化为甲酸盐的高选择性。在该混合酸/碱双电解液电解槽中,仅仅需要额外施加0.55 V的外加电压,即可达到10 mA·cm^-2的产氢电解电流密度,并可以在阳极将甘油高选择性地转化为甲酸盐,其中产氢的法拉第效率接近100%。本研究工作为电解制氢提供...     

量子点人工光合成化学转换研究进展

利用半导体量子点为光催化剂通过人工光合成的方式把H2O或CO2转化为H2或CO从而获得氢气或其他太阳能燃料,被认为是解决能源和环境危机的有效途径.量子点由于其独特的光物理和光化学性质(如优异的吸光能力、可调的能带结构、多激子生成、表面丰富的活性位点等)在人工光合成化学转换领域受到了广泛的关注.本文总结了近年来作者团队在...     

金属-有机骨架材料在催化氨硼烷水解释氢中的研究进展

当前，化石燃料的大量消耗和对能源日益增长的需求推动了可再生和高效能源材料的开发。氢因丰富的来源以及清洁的特性而被视为潜在的能源载体。通过水解氨硼烷制备清洁可再生的氢气是解决能源问题的有效途径之一。开发高效安全的催化剂一直是该领域研究的重点和热点。金属-有机骨架材料（MOFs）因其独特的结构、组成和特性，在氨硼烷水解制氢中有广泛的应用。本文以MOFs材料在催化剂设计制备中的作用为侧重点，综述了不同MOFs材料在催化氨硼烷水解制氢反应中的作用，对其在催化氨硼烷水解制氢应用过程中所存在的问题和今后的发展进行了总结和展望。     

(Ag,Au)/MoS2的电解水性能及等离激元光热作用

MoS₂是电解水体系的一种备受关注的非贵金属析氢催化剂,优化其活性位点是提高其活性的研究重点.采用水热法在三维导电碳布(CC)上合成了二维片状Mo S₂,将反应温度从200℃调至180℃可保留具有更多活性位点的1T相,相应的Mo S₂(180)/CC电极表现出相对更低的析氢过电位.利用电化学方法在Mo S₂(180)/CC上分别沉积Ag和Au纳米粒子,得到Ag/Mo S₂(180)/CC和Au/Mo S₂(180)/CC电极.扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)表征结果以及无光照、光照和加热条件下电化学极化曲线、电化学阻抗谱(EIS)和Tafel斜率的测试结果表明,20 nm Ag和30 nm Au的负载及光照条件均可降低析氢过电位和增加电流密度,而体系温升的作用与金属的种类有关.利用COMSOL Multiphysics软件构建Mo S₂,Ag/Mo S₂和Au/Mo S<...     

MoSe2纳米片耦合Pt纳米颗粒用于高效双功能催化甲醇辅助水电解制氢(英文)

化石燃料的大量消耗所带来的全球性挑战推动人们大力发展清洁和可持续的能源.氢能作为一种绿色、无污染的能源载体,是能源向绿色经济转换的关键,而利用可再生能源进行的电解水制氢被认为是实现绿色制氢的最佳选择.然而由于析氧反应(OER)的氧化电位(1.23 V)较高,动力学缓慢,实际水电解需要更多的能量输入.具有低氧化电位的甲醇辅助水电解(0.016 V)可以匹配可再生能源实现低能耗电解制氢,受到了广泛关注.开发高效的用于催化甲醇氧化(MOR)和析氢反应(HER)的双功能催化剂是实现这一愿景的前提.传统的Pt基催化剂容易受到阳极侧MOR过程中产生的CO中间体毒化,严重影响甲醇辅助水电解制氢的效率.为了提升Pt基催化剂的催化活性和稳定性,一种有效的策略是引入合适的功能组分来促进催化反应.例如,贵金属颗粒和亲氧化成分(如过渡金属氧化物和磷化物)之间的金属-载体相互作用可以有效提高Pt基催化剂的抗CO中毒能力.过渡金属硒化物由于其优良的金属性和亲氧性作为催化促进剂受到越来越多的关注.硒化钼(MoSe₂)具有良好的稳定性和导电性并且其2H相中的不饱和边缘具有水活化和解离活性,同时其...     

过渡金属磷酸盐电解水催化剂调控策略研究进展

长期以来，过渡金属磷酸盐因其安全清洁、低廉高效的优点在电解水催化剂领域备受研究者们的关注。磷酸盐中的磷酸基团具有独特的原子几何结构、较强的协调性以及多种取向性，使其有利于稳定过渡金属的中间价态并加速质子传导速率。然而其电导率差、孔隙率低的缺点则促使研究者们探究设计更加高效的过渡金属磷酸盐电催化剂。虽然科研人员为此投入了大量的时间和精力，在过渡金属磷酸盐电催化剂高效开发利用上仍有许多问题亟待解决。在此，结合过渡金属磷酸盐电催化剂近10年的最新研究进展，重点从形貌调控、缺陷工程和界面工程等几方面介绍了近几年科研工作者对于磷酸盐的开发设计策略。同时，从科学研究及实际应用方面讨论了该类催化剂在未来材料领域需要面对的机遇与挑战。     

片状Co9S8/ZnS/C复合材料的制备及电催化产氧性能

以六水合硝酸钴[Co(NO_3)_2·6H_2O]为钴源、六水合硝酸锌[Zn(NO_3)_2·6H_2O]为锌源、2,2′-硫代二乙酸(C4H6O4S)为硫源,采用溶剂热法制备出了片状的Co_9S_8/ZnS/C复合材料。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和N_2吸附/脱附测试等手段对于片状Co_9S_8/ZnS/C复合材料结构和形貌等进行表征,同时对片状Co_9S_8/ZnS/C复合材料进行了电催化产氧性能测试。结果表明:片状Co_9S_8/ZnS/C复合材料的起始过电位为390 mV,塔菲尔斜率为144 mV·dec~(-1),具有高的电催化产氧性能。