多金属氧酸盐修饰的TiO2纳米线用于增强光电催化氧析出

通过光电催化水分解产生高能氢气可以将太阳能转换为化学能,解决近年来由于化石能源滥用带来的环境污染和能源短缺问题,而且开发新型光电催化先进材料,提高水分解产氢效率和太阳能的转换效率是实现氢能源工业化应用的必要基础.本文研究多金属氧酸盐(POM)负载的TiO2纳米线复合电极材料,结果表明:POM的加入可提升TiO2自身载流...     

氮化碳光催化分解水研究进展

光能取之不尽用之不竭,利用光催化技术分解水解制氢被认为是解决能源与环境问题的有效手段之一。2009年,氮化碳聚合物半导体实现了光催化产氧与产氢水分解半反应,打破了人们对有机聚合物半导体不宜作为光催化材料的传统认识。氮化碳材料由碳、氮两种元素构成,廉价易得,且光化学性质稳定。近年来,以氮化碳为代表的不含金属组分的光催化材料逐渐成为国际光催化研究的热点之一。本文将从氮化碳材料的光催化分解水的构-效关系出发,围绕共聚合氮化碳、结晶相氮化碳和氮化碳光电极,讨论氮化碳材料在光催化分解水的研究现状与发展趋势。     

磷掺杂和Ni-OH共改性不锈钢的 析氢及全分解水性能研究

高活性、低成本的高效双功能水分解电催化剂对实现可持续氢能源的有效转化和储存具有重要的意义.将不锈钢网进行盐酸腐蚀、浸泡、磷化得到一种一体化自支撑的双功能电催化剂.该催化剂在碱性介质中不论对析氢反应(Hydrogen Evolution Reaction,HER)还是析氧反应(Oxyogen Evolution Reaction,OER)均表现出优异的电催化性能,Tafel斜率分别为87.41m V·dec~(-1)和90.1 m V·dec~(-1),析氢反应和析氧反应的电流密度为10 m A·cm~(-2)时过电位分别为165 m V和240 m V.该催化剂可用作全分解水的双功能电极材料,在1.66 V的电压下实现10m A·cm~(-2)的电流密度.     

化合物半导体Cu2ZnSnS4太阳电池与人工光合作用制氢

太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的清洁能源,将成为未来新能源的重要组成部分.目前人们除了利用太阳能光伏发电以外,还有利用仿生光合作用将太阳能转化为化学能、利用半导体光电极分解水制氢等方式.而在半导体材料中,低成本环保型的化合物半导体光伏材料(如Cu₂ZnSnS₄等)具有优良的光伏发电性能,同时也非常适合作为太阳光分解水制氢的材料.文章综述了近年来在Cu₂ZnSnS₄光伏电池及其太阳光分解水制氢领域的研究进展.     

人类终极能源梦——太阳光分解水制氢研究进展

 利用太阳光分解水制备氢气,从太阳照射能量中直接获得大功率的动力能源,被认为是人类能源的终极梦想.本文介绍了太阳光催化分解水制氢的原理,阐述了光解水对光催化材料的热力学和动力学要求.重点从新型光催化材料研发、共催化复合体系构筑、纳米形貌调控、器件化设计等4个方面综述了近年来国内外光解水制氢关键材料和技术的研究进展.结合实际应用,对制氢体系中牺牲剂应用、模拟自然光合作用、光解海水、光催化剂稳定性等方面的研究进行了分析.展望了未来太阳光催化分解水制氢技术的发展方向.     

钒掺杂Ni_3S_2/泡沫镍电极材料制备及其电催化析氢性能分析

氢能作为一种能量载体,具有清洁无污染、可再生、安全等优点,被誉为人类的终极清洁能源。因此发展高效、稳定的电催化析氢催化剂对可再生能源的转换利用至关重要。以偏钒酸铵为钒源,F127为结构调控剂,采用水-乙二醇混合溶剂体系制备了钒掺杂的Ni_3S_2/泡沫镍自支撑电极。通过X-射线光电子能谱(XPS)分析,掺杂钒的价态为+5价。通过研究该催化剂在1 M KOH碱性介质中的电催化析氢反应性能。发现钒掺杂的Ni_3S_2/泡沫镍自支撑电极具有优异的电催化析氢性能,在碱性介质中仅需要206 mV的过电势就可以产生50 mA·cm~(-2)的电流密度,低于没有钒掺杂Ni_3S_2/泡沫镍(226 mV)和空白NF(350 mV)需要的过电势,并且该催化剂在电流密度为70 mA·cm~(-2)时可以稳定10 h。性能结果说明金属掺杂优化了Ni_3S_2/泡沫镍自支撑电极的电催化析氢性能。     

电催化氧化处理染料废水的机理及研究进展

介绍了电催化去除染料废水的机理.在电催化氧化过程中应用的电极材料及催化特性, 目前国内外的最新研究现状,最后提出电化学催化氧化在实际工程应用中存在的问题及今后研究发展的方向.     

2008年教育部留学回国人员科研启动基金项目介绍复合半导体材料光催化分解水制备氢

利用可再生能源制备氢能源对整个国民经济的发展具有重要的意义.水的理论分解电位为1.23V.但是由于存在电极过电位,实际最佳的分解电位为1.5V.在这种条件下,高达31%的太阳能可以被转化为氢能.     

超浸润纳米阵列电极用于气体参与电催化反应的研究进展

气体参与的电催化反应，包括气体析出反应和气体消耗反应，是能量转换过程和化工过程中的重要环节。相比于针对高活性催化剂的研究，对于实际的工业生产过程，调控反应过程中的气体扩散行为对高电流的工业应用有着同样重要的意义。虽然目前已经有不少纳米阵列电极用于有气体参与的电催化反应实例，且表现出较好的电化学性能，但对于气泡在电极材料表面的浸润性行为的基础研究却较少。本文旨在系统地介绍结构化的超浸润纳米阵列电极在气体参与的电催化反应中的作用及应用，从介绍超疏气性和超亲气性定义出发，提出优化电极结构、制备超疏气性和超亲气性电极的方法，然后介绍了几种电极材料在能量转换系统中的应用，最后讨论了超浸润电极未来的发展前景。     

金属有机框架基材料电解水制氢研究进展

化石燃料的应用带来了温室效应等环境问题。氢能源被认为是代替化石燃料的清洁能源之一。电解水制氢对环境不产生二次污染,因此,探索用于析氢反应的高效电催化剂是人类积极面对的课题。金属有机框架(Metal Organic Framework,MOF)基材料在电解水过程中具有良好的催化性能,有望代替贵金属电极。着重综述了MOF基材料的析氢反应(Hydrogen Evolution Reaction,HER)和析氧反应(Oxygen Evolution Reaction,OER)性能,总结分析了当前设计此类MOF基电极材料的新思想。     

石墨烯及其复合材料光催化制氢研究新进展

随着经济的发展和人民生活水平的提高,环境污染与能源短缺问题日益严重,亟待解决.氢气作为一种清洁能源,由于其能量密度高,运输储存方便且产物不会造成环境污染,成为了公认的化石能源的良好替代品.通过光催化降解水,可以实现氢能源的无污染生产,这项技术正受到各国学者的高度关注.石墨烯在能量储存、液晶器件、电子器件、生物材料、传感材料和催化剂载体等领域都展现出了优良性能,尤其是其复合材料可作为光催化降解水的催化剂,具有十分广阔的应用前景,综述了近年来在光催化制氢领域的重要研究进展,并对光催化制氢的未来发展进行了展望.     

MXenes电催化析氢的研究进展

面向“碳达峰”“碳中和”国家重大战略,氢能作为一种能量密度高、无污染的绿色能源,将成为我国乃至世界未来能源战略领域发展的重中之重.电解水制氢由于其制备方法简单、制氢纯度高、制备过程无污染等优势而备受关注,但是该方法存在一个严重的缺陷,就是缺乏低成本、高效率析氢反应(HER)催化剂.MXenes是一种新兴的二维(2D)过渡金属碳化物、氮化物和碳氮化物,由于其具有极好的导电性、良好的亲水性、极大的比表面积、可调节的分子结构及多样的化学组成等优势,在析氢催化剂领域存在着潜在的巨大应用.该文总结了 MXenes制备、MXenes基电催化析氢性能调控策略及利用机器学习设计MXenes基析氢电催化剂面临的挑战和新的机遇.该文为今后开发新型高效的MXenes基析氢电催化剂,推动氢能的绿色制备提供了参考.     

金属纳米材料催化二氧化碳电化学还原的最新进展

能源枯竭和二氧化碳(CO_2)引起的温室效应制约着社会和经济的可持续发展.由于电能具有以风能、太阳能和潮汐能等清洁能源作为来源的优点,电催化还原CO_2被认为是CO_2资源化方法中最具发展前景的一种转化技术.通过电催化还原CO_2得到碳氢化合物或液体燃料等高附加值产品,可以有效地缓解能源和环境问题.随着纳米材料科学和纳米技术的不断进步,纳米结构的金属电催化剂除具备过渡金属良好的导电性能和配位催化能力外,其较高的比表面积还提升了对气体的吸附性能和增加了活性催化位点的分布.因此,纳米结构的金属电催化剂在电催化CO_2还原领域中展现出较高的催化活性和潜在的工业化能力.文章首先简要介绍了电化学还原CO_2的非均相催化过程,然后概述了近几年来在纳米金属电催化材料和反应机理相关的实验与理论研究方面的最新研究进展,并在最后对其发展趋势进行了展望.     

离子束修饰提高钛阴极析氢活性

研究了双重离子注入Ｗ＾＋／Ｎｉ＾＋,Ｗ＾＋／Ｍｏ＾＋及溅射Ｆｅ后再单离子注入Ｃｏ＾＋或Ｗ＾＋等离子束修饰的钛电极在１ＮＨ２ＳＯ４中的析氢电催化性能,结果表明：与纯钛电极相比,离子束修饰电极的催化析氢活性得到显著改善,其中,注Ｗ＾＋／Ｎｉ＾＋电极的析氢过电位降低３００ｍＶ,用ＸＰＳ和ＡＥＳ能谱分析了离子束修饰电极的表面元素及相结构,讨论了修饰电极催化所氢机理。     

分子铜配合物有效驱动电化学水氧化反应

发展高效、稳定的水氧化催化剂对于水分解制氢具有重要的意义.本文成功合成了一种分子水氧化催化剂[Cu(TPA)Cl]Cl,该催化剂在强碱性条件下具有电催化水氧化活性.以玻璃碳作为工作电极时,该催化剂在pH=1 2的磷酸缓冲溶液中的催化水氧化反应峰电流最高可达670μA,过电位仅为0.48 V.此外,[Cu(TPA)Cl]Cl能长时间稳定地催化水氧化反应.控制电位电解实验表明,催化剂在长达6 h的电解过程中电流强度保持稳定.     

MOFs衍生的钴基催化剂在电解水应用中的研究进展

近年来,电催化分解水技术被广泛认为是最具有发展潜力的制氢技术.开发电化学性能优异的非贵金属材料是推动电催化获得实际应用的关键.基于金属有机骨架材料(MOFs)衍生的钴基金属催化剂由于具有结构可控、比表面积大、孔径可调等优点,在电催化分解水技术中引起了人们广泛关注.在此,介绍并讨论了以MOFs为模板/前驱体制备钴基电催化...     

碳化钼纳米材料的制备及电催化析氢性能

为了解决电解水反应过程中金属Pt电催化析氢材料因价格昂贵导致电解水制氢成本过高的问题,本实验采用廉价易得的三聚氰胺和钼酸铵为原材料,通过800℃焙烧反应制备出了析氢催化剂碳化钼(Mo_2C),并利用X-射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱(EDS)、元素微区扫描(mapping)对其晶型结构、形貌和颗粒尺寸、元素种类、含量及分布进行了表征分析,在0.5 mol/L H_2SO_4溶液中对Mo_2C进行了电解水析氢活性与稳定性的性能测试,结果表明:此法制备的Mo_2C电极材料析氢性能良好,电极工作13 h后依然稳定。本论文提供了一种制备Mo_2C的简便方法,其作为析氢电催化材料可广泛应用于电解水制氢,以此缓解全球能源枯竭及环境问题。     

碳布基底上Sn-Co双金属协同电催化CO2为甲酸

通过采用电镀的方法在不同的摩尔比镀液中制备了以碳布(carbon clothes,CC)为基底的锡－钴双金属电极材料(SnxCoy/CC).采用XRD、SEM、XPS、EDS和BET等测试方法对该催化材料的组成、微观形貌和结构进行了表征,结果表明Sn-Co双金属在碳布基底上电沉积成功.并利用线性循环伏安法、计时电流法以及EIS阻抗分析评价了该电极材料对CO2还原的电催化性能.结果表明,当双金属渡液中Co掺杂的含量为40%时,在碳钎维上生长出稻穗形貌的立方状双金属微粒,且该电催化材料具有最低的电荷转移电阻和最高的电导率,XPS分析表明双金属电极的表面金属元素都以催化效果较好的氧化态SnOx、Co3O4的形式存在.在电解电压为－1.16 V(vs.RHE)时,Sn60Co40/CC电催化产甲酸的法拉第效率可达57.4%,高于单金属Sn的产甲酸的法拉第效率42.3%,表明通过掺杂Co元素和调控形貌可以有效提高单金属Sn的电催化性能.     

氮化碳光催化分解水的研究进展

近年来,以氮化碳为代表的不含金属组分光催化材料逐渐成为国际光催化研究的热点之一.本文从氮化碳材料光催化分解水的构-效关系出发,围绕共聚合氮化碳、结晶相氮化碳和氮化碳光电催化等3个方面,综述提升氮化碳光吸收能力、增强电荷迁移与分离效率等性质的手段,并探讨将氮化碳材料与光电催化体系耦合的方法.最终,对氮化碳材料在光催化分解水的研究现状与发展趋势进行分析与总结.     

分子水氧化催化剂及其光电催化分解水研究进展

总结了近年来基于不同第一过渡系列金属的分子水氧化催化剂,包括贵金属分子水氧化催化剂和非金属分子水氧化催化剂;以及常用的氧化物半导体电极材料,例如α-Fe₂O₃、WO₃和BiVO₄等。概述了目前分子水氧化催化剂在电极表面的负载方式,包括物理吸附方式、共价键结合方式、分子催化剂修饰吸附基团方式、静电作用和π-π堆积作用等。提出构建高效稳定的光致水分解分子器件需要解决的问题,从而实现利用太阳能大规模裂解水制备清洁能源的设想。