类水滑石材料的缺陷调控对光催化CO2还原产物的选择性

<正>随着人类不断消耗化石燃料等不可再生能源,产生的"温室效应"和污染等问题受到社会各界的广泛关注.光催化还原CO_2可以获得碳氢化合物,这一反应既可减排CO_2等温室气体,又可将其转化为碳氢化合物,实现资源的再利用,从而缓解能源问题,实现人工碳循环.目前,光催化还原CO_2的研究面临着转化率不高、产物多、选择     

电催化二氧化碳制多碳醇燃料

正乙醇和丙醇作为可再生的运输燃料由于其高能量密度、便于远程运输以及可直接在内燃机中使用的特点,使电催化CO_2制备多碳醇受到了研究者的广泛关注.然而,由于反应涉及多个CO_2分子和12个电子以上的转移过程,以CO_2电化学还原制备多碳醇仍然充满挑战.近日,中国     

二氧化碳电化学还原概述

在过去的几十年里,二氧化碳(CO_2)电化学还原技术的迅猛发展越来越引起国际国内的广泛关注。此技术可以利用太阳能、风能、潮汐能等可再生能源及核电/水电的弃电,将温室气体CO_2还原为低碳燃料和有经济价值的化学品。这一技术可以促进废弃物(气体)利用以实现能源储存与转换,变废为宝,被认为是一种绿色环保、有发展潜力的CO_2处置方法。使用的催化剂和电解质不同,CO_2电化学还原过程给出的产物也不尽相同。本文概述了CO_2电化学还原的原理以及催化剂、电解质和反应器的发展现状。     

CO2电化学还原过程中电解质研究现状及趋势

随着工业化的迅速发展,大气中CO_2含量逐步增加并造成日益严重的环境问题.合理利用CO_2并将其转变为有用的燃料或化学品,成为国际学术界和工业界共同关注的热点.电化学还原CO_2因反应条件温和、反应产物可调,且利用可再生或分布式电能,而受到研究者青睐.在CO_2电化学还原体系中,电解质为CO_2分子的传输及电化学还原提供了重要的环境,且作为导电介质,构成了闭合电路.研究表明,电解质种类、浓度和pH等均会改变电极表面反应环境的性质,影响产物的电流密度和选择性,在CO_2电化学还原过程中起到重要的作用.本文针对国内外CO_2电化学还原过程中各类电解质的研究现状及性能等进行了论述,重点总结了碱金属盐和离子液体两类电解质对电化学还原CO_2反应的电流密度、产物选择性和过电势等的影响,分析了CO_2还原生成不同产物的机理,展望了CO_2电化学还原电解质体系的研究和发展趋势.     

锂硫二次电池电催化

随着社会发展对储能系统的要求不断提高,锂硫二次电池因其低成本、高能量密度和环境友好等优点,近年来受到广泛关注.但是多硫化物的穿梭效应和缓慢的氧化还原过程限制了硫正极的活性物质利用率,同时导致其快速的容量衰减,阻碍了其实际应用.为了解决这些问题,研究者采用“锂硫电催化”模型体系以缓解穿梭效应并促进多硫化物的转化动力学.本文系统总结了包括非均相与均相催化体系在内的锂硫电池电催化材料和模型体系的设计原理及最新研究进展,展望了未来锂硫二次电池电催化研究的主要挑战和发展机遇.     

金属硫化物电催化剂在二氧化碳电化学还原中的研究进展

高效CO_2电催化还原生产低碳燃料和有价值的化学品,正成为一个热门的研究课题,其中发展高效电催化剂是关键技术之一。尽管催化材料的研究开发以及作用机理探究等已有越来越多的报道,但在活性、稳定性、选择性以及生产成本等方面,合成的催化剂还远不能满足实际要求,需要持续寻求更新颖的材料与合成技术。近年来,在众多被探索的电催化剂中,金属硫化物表现出优异的电催化性能和应用前景。文章围绕新型金属硫化物催化剂研究的现状进行全面回顾总结,并对未来的研究方向提出展望。     

芳炔参与二氧化碳化学转化的研究进展

作为可再生的碳一资源,二氧化碳的化学转化具有重要的生态意义和经济价值.苯炔是高活性的中间体,其参与的二氧化碳的化学转化反应可以实现苯环邻位同时构建两个官能团的策略,在温和条件下有效构筑C_(芳基)-C_(CO_2)键,得到精细化学品中重要的中间体芳香羧酸类化合物.本文总结了苯炔经由亲核试剂驱动参与的二氧化碳的多组分反应,以及过渡金属催化的反应,并着重描述其反应特性和反应机理.     

血液蛋白热解制Fe/N/C催化剂及其电催化活性

通过两步热分解法,以血液蛋白为前驱体制备了含有Fe,C和N的非贵金属催化剂.对催化剂进行了结构表征和氧还原电催化性能测试,分析了热解过程对产物催化性能的影响.结果表明,在300和900℃下分别热分解2 h所得产物有较好的氧还原电催化性能和较高的四电子反应途径选择性,其氧还原起始电位0.55 V,电子转移数3.7;热解过程由1步增加为2步,改变了产物的碳基质特性和石墨化程度,有利于氮原子掺杂产生更高比例的吡啶型和Fe-Nx型2种C-N结构,增强了产物在硫酸溶液中的氧还原反应电催化性能.     

金属-有机框架在光催化中的应用

为了缓解并最终解决能源问题,自20世纪至今,人们一直在探索如何利用光能如太阳光高效环保地将水分解生成清洁能源氢气,以及利用光能实现人工二氧化碳的还原过程(模拟光合作用).金属-有机框架(metalorganic frameworks,MOFs)具有独特的物理和化学性质,如超高的比表面积、可设计和精确控制的孔洞、对光生电子的多种传递机制、方便与染料分子连接、或是可直接引入具有优异光学活性的配体和金属.作为一大类近二十年来迅速发展的微孔/介孔材料,在光催化领域引起了越来越多研究者的兴趣.本文通过一些代表性的实例总结了MOFs作为新兴光催化材料的独特优势和内在优点,展望了MOFs在光催化应用中的机遇和发展前景.首先介绍了MOFs的基本概念和特性,阐述了相对于其他材料而言,MOFs的独特优势,并解释了为何它能在光催化领域引起广泛的关注;之后将用于光催化的MOFs分成3大类,分别是:(1)依靠无机金属簇作为半导体结点的MOFs;(2)引入具有光活性的有机连接体(即配体)的MOFs;(3)以及利用超分子化学中主-客体相互作用,在孔洞中包覆氧化还原物种的MOFs,其中又细分为包覆纳米粒子或者金属催化剂、多金属含氧酸盐和其他纳米复合材料3个小类;最后,总结了MOFs在光催化中应用时仍需解决的问题,展望了该领域的研究方向.     

光电化学反应中界面气泡多尺度作用机制的研究进展

太阳能驱动的光电化学转化制燃料是解决能源危机、助力我国“双碳”(碳达峰、碳中和)目标达成的重要途径.常见的光电化学转化制燃料包括光电催化分解水制氢、二氧化碳转化制碳氢燃料等.上述光电催化反应是一个典型的界面析气反应过程,可在界面位点生成多种气体燃料.反应界面析气过程从表面的气体成核开始,以两相流结束.需要指出,该过程涉及不同时间和空间尺度的匹配以及各子过程的相互作用,对界面光子、电子、分子、离子等多载能子的耦合传输与转化有关键影响.本文的目的是阐明析气反应界面气泡生长各过程之间的内在联系.首先,以光电催化分解水为例,分析光电极表面气泡动力学多尺度过程及其对界面能质传递和转化的作用机理;随后,详细讨论微观尺度界面气泡成核、介观尺度气泡生长、宏观尺度气液两相流这一系列界面气泡生长演化的多尺度过程,并分析每一个子过程之间的耦合作用及其对光传递、物质传递、物质转化的影响规律;最后,对光电化学反应中界面气泡多尺度作用的研究挑战和未来方向进行展望.     

非电行业烟气氮氧化物催化净化

氮氧化物(NO_x )严重威胁人体健康和生态环境。随着火电行业烟气NO_x 初步实现超低排放，非电行业烟气NO_x 排放控制成为重中之重。NH₃ 选择性催化还原NO_x 是最有效的NO_x 控制技术。非电行业烟气含有SO₂ 、碱性物质以及重金属等杂质，易导致催化剂中毒失活。针对NO_x 净化催化剂低温活性不足、SO₂ 中毒、碱金属中毒以及复合中毒等关键难题，文章综述了各类低温抗中毒NOx 净化催化剂的研究进展，总结了提高催化剂的低温活性、抗SO₂ 中毒、抗碱金属中毒以及抗复合中毒的策略。文章为开发低温抗中毒NOx 净化催化剂提供了研究思路，为推进NO_x 净化催化剂在非电行业烟气NOx 净化中的实际应用提供理论指导。     

世界煤地下气化的快速发展

由于世界油气资源的涨价和环境问题的严重,促使人们对一级能源的重新选择。与核能、水能和其他可再生能源相比,煤地下气化（UCG）是最好的选择。目前,澳大利亚、英国、南非都有快速的发展,煤地下气化技术已包括UCG IGCC CCS,UCG AFC CCS,UCG GTL CCS等的新方向,真正意义上地实现减排的效果。事实证明UCG的成本低廉,效率高、环境友好。尤其英国正在建由UCG供氢氧的300MW燃料电池,并通过燃料电池（AFC）发电的电站,可以达到零排放。所以,煤地下气化是解决确保国家的能源安全、CO2减排和环境污染、以及采煤矿工人身安全的一把金钥匙。因此,UCG应当是中国一级能源发展的主要方向。     

选区激光熔化(FeCoNi)86Al7Ti7高熵合金腐蚀性能研究

 选区激光熔化技术(SLM)制备的(FeCoNi)₈₆Al₇Ti₇高熵合金，经780 ℃退火处理后，深入分析打印态和退火态合金在 0.5mol/L H₂SO₄溶液中的电化学腐蚀性能。通过电化学工作站测试高熵合金的开路电位、交流阻抗与极化曲线，发现退火态(FeCoNi)₈₆Al₇Ti₇高熵合金自腐蚀电位更高，自腐蚀电流密度更低，容抗弧直径更大，阻抗值更高，以及电荷转移电阻更大。X射线光电子能谱(XPS)，分析腐蚀表面钝化膜的成分及含量表明，退火态高熵合金腐蚀表面氧化物的种类更丰富，含量更高，更易形成稳定的钝化膜。结果表明，780 ℃退火处理能显著改善(FeCoNi)₈₆Al₇Ti₇高熵合金的耐腐蚀性能。     

地史时期古大气二氧化碳变化趋势与温室气候——以中生代白垩纪为例

中生代不仅是地球发展和生命演化的重要阶段,同时也是距离现代最近的典型温室气候期。其中,白垩纪被视为地球历史时期温室气候的最佳范例之一。通过古植物气孔参数、古土壤同位素以及地球化学模型等途径的研究,可以勾勒出白垩纪这一典型温室气候环境下古大气二氧化碳浓度变化的大致轮廓。在整个白垩纪时期大气二氧化碳水平相对较高,但在白垩纪早期较低,白垩纪中期达到最高,而白垩纪晚期逐渐降低。更重要的是,借助于这些地质参数还更精确地识别出在白垩纪关键时期出现了几次显著的古大气二氧化碳的短期快速波动变化,表明白垩纪的温室气候状态并非之前所想象的那么稳定,而是发生了几次大规模快速气候扰动事件,并伴随着二氧化碳浓度的短期波动变化。这项研究质疑了整个白垩纪期间气候温度均匀分布且呈现单一稳定温室状态的观点。     

土质文物本体中硫酸钠与氯化钠迁移速率的模拟研究

以土质文物本体为模拟对象,采用土柱实验的方法,对比研究了由敦煌土制备的土柱中氯化钠(NaCl)和硫酸钠(Na₂SO₄)在土柱中的迁移速率,计算得到了氯化钠和硫酸钠在土柱中的表观迁移速率。在各种运移方式中,氯化钠的表观迁移速率均较硫酸钠大。氯化钠和硫酸钠在重力作用下自上而下运移时的表观迁移速率较自下而上饱和自然吸附运移时大。SO4^2-受土质胶体的吸附作用大,加之硫酸钠晶型结构多变,其溶解度随温度升高变化剧烈。上述多重因素在温度交变、干湿循环等环境因素作用下,既导致了硫酸钠在土柱中的运移速率的下降,又同时对土柱造成严重粉化和结构破坏,进而影响到土质文物本体的保护。     

氢燃烧特性对氢内燃机性能的影响

氢能开发是“双碳”战略中的重要一环,目前氢能主要是通过氢燃料电池把化学能转变成电能的形式得以应用。与此不同,氢内燃机则是将氢能直接转变成机械能,应用在交通、机器运转、发电等众多领域,对氢能发展具有重要的推动作用。氢内燃机与传统内燃机的最大区别是用氢气取代传统的化石燃料,因此,氢气的燃烧特性对内燃机的性能具有很大影响,对内燃机的结构也提出新的要求。至今从氢燃烧特性的角度去理解氢内燃机的研究不多,为此,文章尝试从氢气燃烧特性的角度出发理解氢内燃机的性能,并重点对氢内燃机的热效率、输出功率、NO_x排放、异常燃烧等性能进行分析和讨论。结果显示,氢内燃机比传统内燃机和氢燃料电池在节能减排、输出功率、成本等方面具有更加优异的综合性能,是氢能-电能转换的另一种有效的方法。氢内燃机的发展也能促进氢能的大规模应用,其性能受到氢气燃烧特性的影响,氢燃烧特性的控制对氢内燃机性能的提高非常重要。     

VO2相变机制和掺杂改性的第一性原理研究进展

VO₂具有“半导体-金属”相变特性,能够随温度变化自动调节近红外光透射率和电阻,在热开关、光学传感器、信息存储器件、智能窗以及非制冷焦平面探测器等方面具有广阔的应用前景,是一种备受关注的热致变色材料。首先,通过简要介绍VO2基本物理化学性质及相变原理的实验研究现状,着重综述了基于密度泛函理论的第一性原理计算在VO2相变机制研究中的最新进展,即VO₂的相变是Peierls和Mott相变机理相耦合的结果。其次,围绕能带调控,分金属元素和非金属元素两大类,综述了第一性原理计算在VO2掺杂改性中的应用。再次,指出了当前研究中存在的争议,即不同第一性原理计算方法得到的计算结果差别很大,因此在选择计算方法的类型时需要十分谨慎。最后展望了第一性原理计算在VO2材料研究中的应用前景。     

C2H2锌指蛋白药物递送技术的研发与应用

锌指蛋白是真核生物中广泛存在的转录因子，在基因的表达调控中起着重要作用。近期研究发现，C₂H₂类型的锌指蛋白(通过两个半胱氨酸和两个组氨酸螯合锌离子)可通过巨胞饮进入哺乳动物细胞。进一步的研究发现C₂H₂锌指蛋白可介导多种模式蛋白质及药物蛋白质的高效细胞递送，其细胞穿透效率亦高于传统的细胞穿膜肽。文章介绍了锌指蛋白的基本生物学信息和其细胞穿透特性，并讨论C₂H₂ 锌指蛋白在大分子药物递送中的应用。     

巨压电弛豫铁电单晶及其在医用超声换能器中的应用

压电材料是一类非常重要的多功能材料。它可以实现机械能和电能之间的相互转换,在机电器件和电声领域有广泛的应用。基于宽频带超声波换能器、高灵敏度传感器和大应变执行器等压电器件的发展需求,迫切地需要研发出具有更大压电应变常数和更高机电耦合系数的压电材料。弛豫铁电单晶铌镁酸铅-钛酸铅(化学分子式(1-x)Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_3-xPbTiO_3简称PMN-xPT或PMN-PT)及其同类单晶(简称弛豫铁电单晶)的发现恰逢其时,它们所具有的巨压电性和极高的机电耦合系数使得很多机电器件的性能有了一次大幅度的改进。例如:PMN-33%PT单晶的压电常数d_(33)高达2800 pC/N,是通用的压电材料PZT压电陶瓷的5倍,其机电耦合系数k_(33)也高达94%,而最好的PZT的机电耦合系数k_(33)也只能达到70%。本文系统地介绍了弛豫铁电单晶材料及其在医用超声换能器方面的应用进展。     

纤维增强陶瓷基复合材料与金属钎焊研究进展

纤维增强陶瓷基复合材料在高温使役性能方面表现出超越传统陶瓷材料的优异性能，与金属的连接构件在航空航天、核能、化工等高温系统中应用潜力巨大。纤维增强陶瓷基复合材料与金属的连接技术被广泛研究，钎焊是实现二者连接的最佳选择。文章重点论述钎焊纤维增强陶瓷基复合材料与金属所面临的挑战和科学问题，列举C_f/C、C_f/SiC和SiO_2f/SiO₂三种研究最为广泛的纤维增强陶瓷基复合材料与金属的钎焊实例，讨论钎料润湿行为、界面反应调控和接头应力调节的最新研究成果。可靠连接技术的发展，将会推动纤维增强陶瓷基复合材料的研究和应用。