高电流密度和高稳定性电解水制氢催化剂设计策略

氢能作为可持续发展的清洁可再生能源,受到人们高度重视。电解水制氢技术是最主要的制取氢方法,也是实现碳中和的主要途径。然而,现有电解水制氢催化剂存在电流密度小、稳定性差等问题,难以满足工业化应用的需求,因此制备高电流密度和高稳定性的电催化剂具有非常重要的意义。本文系统总结了近年来在高电流密度、高稳定性电催化剂设计、制备等方面取得的最新进展,阐述了高电流密度、催化剂稳定性对电解水制氢性能的影响。重点介绍了高电流密度条件下,具有良好稳定性催化剂的设计策略,旨在为制备性能更优异的高电流密度电催化剂提供指导。最后,讨论了高电流密度操作条件下电解水制氢存在的挑战并对未来的发展方向进行了展望。     

高效质子交换膜电解水制氢技术研究进展

从技术原理、研究进展、系统集成和经济性分析四个方面阐述了质子交换膜电解水制氢技术(PEMWE)的研究进展与发展前景．介绍了PEM电解水制氢技术中阴极和阳极的化学反应及影响条件．分别从质子交换膜的结构优化、PEM阳极催化剂的选型、膜电极的结构优化及制备、双极板的性能提升及表面改进、电解池传热传质及流场结构等方面进行了总结．系统集成主要着眼于电解池的动态响应特性和与可再生能源的结合,最后对PEM电解池进行了经济性分析．助力推进质子交换膜电解池研究和技术的进步．     

固体氧化物电解水制氢系统效率

电解水与高效清洁一次能源耦合制氢,是理想的大规模制氢技术。该文建立了电解水制氢系统效率评估模型,并通过该模型对碱性、固体聚合物电解池(SPE)及固体氧化物电解池(SOEC)制氢系统总制氢效率进行了计算与分析。碱性制氢系统电解效率与总制氢效率均较低,分别为56%和25%;SPE制氢系统电解效率虽有提高约76%,但其总制氢效率仍较低约35%;而SOEC制氢系统电解效率可达90%以上,总制氢效率高达55%,分别是SPE与碱性制氢系统的1.5和2倍。高温气冷堆耦合的SOEC电解制氢系统是目前已知总制氢效率最高的大规模制氢系统。     

金刚石电极在电解水制氢中的应用

掺杂金刚石电极电势窗宽,用于电解水制氢,产氢率高,电极有很强的防腐功能,可以进行电解法污水处理,结合太阳能电池、燃料电池可以构成绿色能源环保系统.     

乙二胺改性石墨烯载铂催化剂的制备及其电解水制氢的研究

采用乙二胺对氧化石墨烯(GO)进行功能化改性,利用傅里叶变换全反射红外光谱 (ATR FT-IR)、X射线光电子能谱 (XPS) 和透射电镜 (TEM)等测试手段对氧化石墨烯功能化前后的结构进行了定性和定量分析,结果表明功能化石墨烯(FG)中成功的引入了乙二胺。利用功能化石墨烯作为催化剂载体,制备了功能化石墨烯载铂催化剂(Pt/RFG),与商业碳载铂催化剂(Pt/C)进行对比,结果发现铂颗粒在RFG上具有良好的分散性,且平均粒径较小。将这两种催化剂样品分别与全氟磺酸树脂混合制成膜电极,应用于固体聚合物电解水制氢技术,测试其电解去离子水时的电流密度及产氢速率,其中含有Pt/RFG的膜电极电解效率较高,产氢速率可达到2.96 mL/(min·cm²)。     

甲烷自热重整制氢催化剂

采用固定床微反应器装置,考察了添加稀土金属(La,Ce)和过渡金属(Zr,Cu)助剂及助剂添加量对甲烷自热重整制氢反应的影响.结果表明:添加稀土金属Ce和过渡金属Zr对Ni基催化剂反应性能有较大的提高;将Ce,Zr按不同的质量比添加到Ni基催化剂中,催化剂性能有很大的改变;Ni/Zr10Ce20A l70Oδ催化剂与Ni/Zr20A l80Oδ、Ni/Ce30A l70Oδ催化剂相比,氢气收率有一定的提高;在Ni/Zr10Ce20A l70Oδ中添加助剂Cu得到的Ni/Cu3Zr10Ce20A l67Oδ具有最好的催化性能,750℃时,CH4转化率达到100%,H2收率为72.9%,且H2的选择性达到100%.     

金属氧化物负载KF催化剂用于合成DMC

研究了金属氧化物负载KF的固体碱催化剂对甲醇与碳酸丙烯酯酯交换合成碳酸二甲酯反应的活性,考察了反应条件的影响。结果表明,KF／ZnO在本反应中表现出高活性,其最佳实验条件为负载KF15g/(100g),反应温度413K。     

富镍三元层状过渡金属氧化物正极材料的改性方法研究综述

富镍三元层状过渡金属氧化物正极材料因具有比容量高、价格低廉以及对环境友好等特性而备受关注,但受锂镍混排、相变反应、产气、微裂纹、过渡金属溶出、表面结构等影响,材料本身存在循环容量衰减等问题。针对正极材料循环容量衰减过快、高温性能不佳等问题,总结了近年来国内外关于富镍三元层状过渡金属氧化物正极材料的改性方法,包括表面包覆材料合成、元素掺杂材料制备、核壳结构材料开发、浓度梯度材料设计等优化方法,指出高镍层状过渡金属氧化物正极材料的应用需要从不断完善材料制备方法、改变材料性状、降低材料成本等方面入手,开发高能量密度的锂离子电池,使富镍三元层状过渡金属氧化物正极材料在动力电池领域尽早得到广泛应用。     

光谱在过渡族金属氧化物电荷及自旋有序研究中的应用

条纹相是在过渡金属氧化物研究中发现的一种特殊的现象。电荷以及电子次序排列形成所谓的条纹(stripes),普遍认为这是一种新的量子状态。讨论了光谱实验技术在探询过渡金属氧化物中stripes的相关问题。     

过渡金属氧化物改性KNN基无铅压电陶瓷研究进展

过渡金属氧化物不仅可用作助熔剂,改善陶瓷的烧结特性,同时也可作为掺杂物在陶瓷材料中进行离子取代,改善陶瓷的性能.本文详细叙述了过渡金属氧化物对KNN基无铅压电陶瓷烧结特性、微观结构、介电性能、压电性能、铁电性能的影响.分析总结过渡金属氧化物在改善KNN基无铅压电陶性能方面所起的主要作用,为今后助熔剂改性KNN基无铅压电陶瓷的研究提供参考.     

Cu-Ni-Al惰性金属阳极铝电解应用测试

采用Cu Ni Al合金作金属阳极 ,在温度 75 0～ 85 0℃ ,电流密度 0 75～ 1 1 0A/cm2 的不同分子比和氧化铝质量分数的Na3 AlF6 NaCl CaF2 Al2 O3 熔盐中进行电解测试·结果表明 ,在不同电解操作条件下该阳极材料的腐蚀程度不一样 ,阳极在熔盐中的腐蚀速率远大于在空气中的氧化腐蚀速率 ,而且阳极电解的腐蚀速率与电解质中的氧化铝质量分数相关 ,氧化铝质量分数大 ,则阳极腐蚀速率小·另外 ,与碳阳极相似的是在高电流密度下腐蚀速率反而小·该材料是一种可开发的惰性阳极材料     

Thermochemical Water Splitting for Hydrogen Production Utilizing Nuclear Heat from an HTGR

A very promising technology to achieve a carbon free energy system is to produce hydrogen from water, rather than from fossil fuels. Iodine-sulfur (IS) thermochemical water decomposition is one promising process. The IS process can be used to efficiently produce hydrogen using the high temperature gas-cooled reactor (HTGR) as the energy source supplying gas at 1000℃. This paper describes that demonstration experiment for hydrogen production was carried out by an IS process at a laboratory scale. The results confirmed the feasibility of the closed-loop operation for recycling all the reactants besides the water,H2, and O2. Then the membrane technology was developed to enhance the decomposition efficiency. The maximum attainable one-pass conversion rate of HI exceeds 90% by membrane technology, whereas theequilibrium rate is about 20%.     

利用小球藻监测污染水体中重金属污染和小球藻对重金属的吸附效应研究

本文利用藻类生长抑制试验方法进行试验,探讨了污染水体中重金属对普通小球藻生长的影响,及普通小球藻对污染水体中重金属的吸附作用,为污染水体的生物监测提供科学的数据支撑,利用水生生物检测水质的同时检测水体中藻类的群落变化,全面监测水质变化。结果表明:高浓度的重金属污染会抑制藻类细胞的生长,小球藻对水体中的一些重金属离子等污染物具有较好的吸附与去除作用。     

甲醇催化脱氢制甲酸甲酯反应中Cu－ZrO_2／SiO_2催化剂的特性

考察了常压和２７０℃时甲醇催化脱氢制取甲酸甲酯反应中Ｃｕ－ＺｒＯ２／Ｓｉ４和Ｃｕ－ＺｒＯ／ＳｉＯ４催化剂的活性和选择性，并对催化剂进行了表征．结果表明，Ｃｕ－ＺｒＯ／ＳｉＯ４催化剂的反应性能优于Ｃｕ－ＺｒＯ／ＳｉＯ２催化剂．Ｘ射线衍射分析表明，零价铜是催化活性中心．差热分析表明，ＺｒＯ２的加入缓和了Ｃｕ（ＮＯ３）２的热分解过程．程序升温还原实验表明，加入ＺｒＯ２后，降低了ＣｕＯ的还原温度．根据上述实验结果，解释了ＺｒＯ２的助催化作用．     

建设没冒沙生态水库,开拓上海市的新水源(Ⅰ)建库设想的提出

随着上海城市化建设步伐加快,城市用水量与日俱增.根据2003年在浦东机场码头的4个月水文监测资料,作者认为在南汇东滩建设没冒沙水库是可行的.该水库有库容大、水源丰的特点,可充分地利用长江来水在河口地区的季节性和时段性的淡水资源.没冒沙水库的建设将使浦东地区的供水条件得到有效的保证,并使水环境得到显著的改善.该文还对该水库建设的有利条件和不利条件、南汇边滩的多功能开发及所需进行的前期工作作了分析.     

金属有机骨架衍生的NiFe2O4/Co9S8复合催化剂的合成及其电催化析氧性能

以金属有机骨架(metal-organic frameworks, MOFs)化合物为前驱体, 通过退火、硫化等后续处理方法成功制备了由 NiFe₂O₄ 纳米棒与 Co₉S₈ 空心球组装而成的杂化纳米结构. 该复合催化剂因具有较大的比表面积以及各组分间强力的协同作用, 在电催化析氧反应(oxygen evolution reaction, OER)中表现出了优异的催化活性. 在 1 mol/L KOH 电解质中, 当电流密度达到 10 mA/cm² 时, 仅需 290 mV 的过电位, 且 Tafel 斜率仅为 63.02 mV/dec. 此外, 1 000 次循环伏安(cyclic voltammetry, CV)测试后仍然具有良好的催化活性, 表明该复合催化剂具有优异的稳定性. 研究成果不仅为设计廉价、高效且稳定的析氧催化剂提供了设计思路, 也为其他新型纳米复合材料的合成和应用奠定了基础.