固态氧化物电解池中碳-分子电化学转化为可再生燃料

近年来,随着社会环保意识的迅速提高以及对可再生能源利用能力的大幅增强,以燃料电池和电解池为代表的电化学技术已经逐渐在能源的存储、转化和利用方面发挥着不可或缺的独特作用.其中,固态氧化物电解池经过多年的发展,在装置成本和工作效率上取得了长足的进步,在储能转化方面具有重要的潜力.与此同时,伴随着《巴黎协定》签订以来各国的“碳中和”路线图逐渐出台,利用相对廉价易得的可再生电能,将二氧化碳(CO₂)和甲烷(CH₄)等碳-(C1)分子电解转化为高附加值的可再生燃料(如水煤气、乙烯等),对于碳中和目标的实现具有重要的意义.因此,C1分子电化学转化的研究成为了当下重点关注的研究领域,许多重要的研究成果和技术进步在过去几年中不断涌现.固态氧化物电解池作为一种代表性的C1分子电解和转化平台,也日渐引起相关领域研究人员的关注和兴趣.与传统的C1分子催化转化方法相比,基于固态氧化物电解池的电解转化技术具有两个重要优点:高能量转换效率与体系抗中毒能力.这两个特性作为体系稳健性的基石,保障了C1分子转化为可再生燃料的反应过程的长期可持续性.本文首先简要回顾了固态氧化物电解池的前沿技术与发展,并从电解池系统分类、反应体系的特征和反应体系发展的前景与挑战这三个方面,简要介绍了近年来基于固态氧化物电解池体系的C1分子电化学转化的代表性工作.CO₂与CH₄作为廉价易得的C1分子的代表,其转化因其反应分子惰性及反应过程不可控性而广受研究者关注,本文重点关注了在固态氧化物电解池中CO₂,CO₂/H₂O和CH₄三个体系的电化学反应过程和近期研究进展,希望可为相关研究人员未来设计更合适的催化剂和构建更优的电解池结构提供有益的参考.本文还针对目前固态氧化物电解池体系在C1分子转化领域所面临的挑战,提出了未来的一些可能的研究方向,以期助力研究者在不远的将来实现C1分子电解生产可再生燃料的实用化.     

硅纳米线的化学气相沉积法合成

硅纳米线是近十几年来在纳米科学与技术领域快速发展的一种重要材料．通过精细的结构设计与材料合成,硅纳米线在生物传感、锂离子电池、太阳能电池和光电化学等领域展示出良好的应用前景．化学气相沉积（CVD）法是一大类重要的自下而上合成硅纳米线方法．本文简介了CVD法合成硅纳米线的主要进展,包括具有单一结构和复合结构的硅纳米线的合成．其中,单一结构的硅纳米包括本征（无掺杂）、掺杂和超长的硅纳米线;复合结构的硅纳米线包括轴向异质结、径向异质结、转折结构和树枝状结构的硅纳米线．     

过氧化钙制备实验中氨水的用量分析

从反应热力学以及实验设计比较两方面出发,研究氨水对CaCl_2和H_2O_2反应制备CaO_2的影响。发现氨水用量与过氧化钙产量相关,当NH_3/Ca~(2+)摩尔比小于2时,CaCl_2无法反应完全;当NH_3/Ca~(2+)摩尔比为2时,过氧化钙产量增加,且无过多氢氧化钙杂质生成,较为符合制备反应的实验设计。     

类空气浓度的二氧化碳的高效电还原（英文）

近十年来,电化学转化二氧化碳受到越来越多的关注和研究,其最终目标是利用可再生能源得到电能来实现碳中和,以及经济和能源效益.为实现这一目标,电还原二氧化碳不仅需要较高的选择性和转化率,也需要考虑其大规模应用的成本和经济价值.尽管近年空气中二氧化碳的浓度达到了历史最高值(415 ppm),但仍仅占了空气气体中较少的一部分.从空气中捕获和浓缩二氧化碳需要耗费大量的能量(～8.65 GJ/t),这不可避免地增加了工业成本和复杂性.另外在更负电位的二氧化碳还原反应下存在氧气(O2)还原竞争反应,也为二氧化碳电还原带来更大的挑战.因此,目前几乎所有研究报道的二氧化碳电还原体系都是使用高浓度(通常是纯的)二氧化碳作为反应物,只有少数几篇近期文献研究了低浓度二氧化碳(如～10%二氧化碳浓度的烟道气)的电还原性能.此外,在二氧化碳电还原中,中性或者碱性溶液常被用来作为电解液,而气体扩散电极通常用来提高二氧化碳的传质,但在这样的条件下,一部分二氧化碳不可避免地会与碱性或中性的电解液反应或者被吸收,大大降低还原效率.本文设计了一种气相电化学电解槽,并使用低成本的铜或纳米铜催化剂,实现电还原浓度为0.03%或...     

培养学生的科研兴趣与创新思维——“纳米材料与功能器件”研讨型课程的实践与体会

“纳米材料与功能器件”是复旦大学面向化学、材料系高年级本科生的一门专业选修课。结合教学实践,就课程设置、课堂报告、课堂讨论、考核形式等几个方面进行探讨。