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.     

石墨电极上电沉积钯镍合金的循环伏安研究

用循环伏安法对NiSO4 与PdCl2 混合溶液合成钯镍合金纳米线的电化学沉积条件进行了研究 .结果表明 ,钯镍离子混合液中钯的析出对镍、氢的电极过程有很强的去极化作用 ,使镍的析出电势正移 ,减小了钯、镍析出电势的差距 .钯离子浓度为 2mmol·L- 1,镍离子浓度为 0 .32mol·L- 1时 ,有利于形成钯镍合金 .高超电势和大电流密度下可以实现钯、镍共沉积 .但高浓度和高超电势下 ,电沉积的电流密度大 ,使金属的沉积速度过快 ,不利于形成钯镍合金纳米线 .钯镍析出电势相差较大 ,在低超电势条件下 ,难于实现共沉积 ,需通过加入添加剂或络合剂等其它方法来改变钯、镍的析出电势 ,使二者析出电势更进一步接近以达到共沉积的目的 .     

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.     

Fe/ 硼酸盐缓冲溶液界面性质的交流阻抗研究

结合线性电位扫描、开路计时电位和交流阻抗技术研究了Fe在硼酸盐缓冲溶液(pH=8．4)中不同电位区间的界面性质．在氮气气氛下，电位低于-0．77V，界面发生析氢反应，反应受电子转移步骤控制。同时存在氢原子的表面吸附过程；-0．77V至0．60V间，Fe氧化成2价Fe而发生活性溶解，同时2价Fe进一步氧化成3价Fe，二步反应均受电子转移步骤控制；至0．60V，形成具有保护作用的单层Fe304；-0．60V至-0．50V间，Fe氧化成2价Fe的反应随电位升高而变慢，表现为负的反应电阻；-0．50V至0．90V间，Fe进入钝化区，较低电位下主要是Fe304转化成Fe2O3的过程，受电子转移步骤和0H^-在钝化膜中的扩散步骤混合控制，较高电位下Fe直接氧化成3价Fe。受电子转移步骤和3价Fe离子在钝化膜中的扩散步骤混合控制；电位高于0．90V，界面发生析氧反应和氧化膜溶解，反应受电子转移步骤控制，反应过程中有中间产物吸附．     

电镀Ni—Sn合金及其电催化性能研究

为降低氯碱电解槽阴极析氢过电位,依据氢在电极上吸脱附原理,研究了Ni-Sn合金镀层作为阴极的析氢性能。实验证明,以Ni-Sn合金镀层作为阴极,在120g/lNaOH,190g/lNaCl溶液中,温度为90℃,电流密度为15Adm-2条件下电解,能降低氢超电势270?mV,是优良的析氢电催化电极。     

水质稳定剂对模拟工业电解锌回水中电化学行为的影响

采用动电位扫描、Tafel极化以及交流阻抗等电化学测试技术研究工业电解锌净化水回用系统中3种水质稳定剂(YJ101,YJ102．YJ103)对锌电解过程的影响。对0．5 mol／L ZnSO4溶液中动电位扫描的研究结果表明,水质稳定剂可以明显增大电解锌过程的阴极极化,在温度为25℃,极化电流密度为4 A／dm2时,电解锌的阴极极化至少增加0．030 V,其中YJ103最大增加0．106 V;在温度为40℃,极化电流密度为4 A／dm2时,电解锌的阴极极化至少增加0．051 V,其中YJ103最大增加0．101 V。Tafel极化结果表明,水质稳定剂的加入使得锌阴极还原反应的Tafel斜率平均增大约25 mV。交流阻抗测量结果表明,水质稳定剂能够增加锌离子还原的阴极极化阻力。水质稳定剂都能细化沉积锌层的晶粒,平滑锌沉积层。在0．5 mol/L Na2SO4溶液中的阴极极化结果进一步表明水质稳定剂在一定条件下能抑制氢的析出,提高锌电解过程的电流效率。     

基于可再生能源的分布式多目标供能系统(二)

提出了两种以氢为能量载体的基于可再生能源的多目标分布式供能系统的新构思，分别利用太阳光直接分解水制氢及太阳能高温集热（或高温燃料电池排气余热）分解生物质和水制氢，并与高温燃料电池，微型燃气轮机以及后续的供热，制冷，调湿等子系统共同构成高效，无污染的可以供氢，供电，供热，供轴功的多联产综合供能系统，简要分析了可再生能源高效低成本制氢的有关理论与技术，报道了本室光催化分解水制氢与超临界水生物催化气化制氢研究的最新进展。     

长期高温时效12Cr1MoV钢中碳化物组织结构

12Cr1MdV低合金耐热钢在540℃运行20万h后，材料中碳化物的组织结构发生显著变化．研究结果表明：材料中大量的碳化物沿晶界析出并聚集粗化，析出的碳化物主要为M23C6，同时存在少量的M6C，碳化物的沿晶界析出及其粗化是材料结构和性能发生恶化的主要原因；弥散的细小的富Ⅴ碳化物MC（V4C3）在铁素体晶体内沉淀析出，有助于12cr1MoV低合金耐热钢的性能和组织结构的稳定；珠光体组织中Fe3C发生球化和分解，但无明显聚集长大，并由原先的M3C型分解转变为MC型．     

通气提高Klebsiella oxytoca HP1发酵产氢

研究了Klebsiella oxytoca HP1在不同通气条件下的生长和放氢特性．批式发酵实验结果表明：通氩气放氢效果最好，通二氧化碳放氢效果最差．提高氩气通气速率能显著提高产氢量。0．25L／Lmin条件下的产氢量达到1155mL是不通气时的2．41倍，但通气也影响延迟期的长短。氩气通量应该与微生物生长阶段相匹配．代谢产物分析表明：K．oxytoca HP1呈混合酸发酵特性，主要代谢产物有乙酸、乙醇、乳酸和2，3-丁二醇，氩气通气速率明显影响丙酮酸节点的代谢途径和通量，从高通气条件到不通气条件，代谢主要途径按乙酸途径→乙醇途径→乳酸途径的次序转变，通气速率是K．oxytoca HP1发酵产氢的重要调控因子．     

水裂变的机理的探讨

水在超高温条件下可以裂变生成氢气，美科学家似已认定，澳新式太阳能发电提高26%发电功率似给予了证实。本文论述水在超高温条件下裂变生成氢气的机理及澳新式太阳能发电提高2肼发电功率的原因。水在超高温条件下分子内的氢、氧原子急速转动产生的离心力兰向心力时，氢、氧原子间的氢键自然断裂，氢、氧原子变成——氢和氧。氢遇火燃烧放出热量生成水。水裂变热值是15888．87kj／kg，是标准煤热值的0．54217倍。就是1吨水裂变生成的氢燃烧放出的热量等于0．54217吨标准煤完全燃烧放出的热量，且为零排放。     

金属有机框架材料的氨燃料电池性能研究

在“双碳”目标和“氢能源”背景下，氨作为一种无碳氢载体，被认为是一种可替代氢用于燃料电池的理想燃料.氨燃料电池可实现将氨高效转化为电能，放电生成物只有氮气和水，不会排放对生物有害的物质和导致全球变暖的二氧化碳，是一种对环境负担较小的能量转化系统.然而，氨燃料电池中阳极催化活性不足，直接影响着氨燃料电池的性能.针对于此，设计了一类新型的金属有机框架材料，从理论上研究了其作为氨燃料电池阳极催化剂的可能性.结果表明：该类金属有机框架材料是一类结构稳定的单原子催化材料，其反应活性位点是中心的过渡金属原子，活性金属原子对反应活性有直接影响；以钒金属为活性中心的金属有机框架材料表现出较好的氨分解活性，其起始电位为0.20 V.     

氢能自主电力系统

氢是未来能源的一种重要形式，可以应用于电力系统和交通工具上，氢是一种清洁能源，无污染、不产生二氧化碳等温室气体、可以提高空气质量。氢能源的大规模商品化利用将是一个长期渐进的过程，其中最重要的是相应市场的建立。氢能源利用中最有可能形成一个具有一定规模市场的方向就是其在自主电力系统中的应用。     

介观粒子钒酸铟的溶胶-凝胶合成及其光谱和光电化学研究

采用溶胶-凝胶法合成了钒酸铟,颗粒直径在100～200 nm范围内.XRD研究表明钒酸铟的晶体结构属正交晶系Cmcm空间对称群.紫外-可见吸收光谱研究表明,这种介观粒子钒酸铟的吸收光谱发生了蓝移,其能隙为2.17 eV,而相应体相态钒酸铟的能隙为2.00 eV.扩散反射光谱研究表明,钒酸铟是一种间接光电子跃迁材料.光电化学研究表明,钒酸铟是一种N-型半导体,其导带电位相对于标准氢电位为-0.11V,价带电位为2.06 V.     

H2O在Pt电极上解离反应的理论研究

水解离生成氧气的反应（〇ER:H2〇—1/2〇2+2H+ +2e-)是阳极最重要的反应之一,且广泛应用于能量存储/转化的各种设备中。但是由于该反应需要很高的过电势,其在电解工业（如氯碱工业）中造成大量的能量损失,所以人们一直在努力寻找对于氧气析出反应有更高效率的阳极材料。人们熟知在一定的电势条件下,水会解离成氧化物种（如〇H和〇）吸附于电极表面,并且随着电势的增加,吸附的氧化物种会进一步耦合成氧气。研究了 H2〇在Pt电极上的解离反应。通过计算,获得了氧气析出过程中密堆积的Pt( 111)表面和台阶Pt(211)表 面的相图。结果显示台阶面能够更好的吸附氧化物种(〇和〇H),且在相同电势条件下比平台 (111)表面的氧覆盖度高。在金属表面发生氧覆盖的同时,我们发现在电势低于1. 4 V时表面氧化形成次表层的氧的过程在热力学上已经能够发生。如计算结果所示,Pt电极上的H2〇解离反应是表面敏感反应,并且在高电势条件下易于氧化腐蚀。     

氯化镁电解过程中碱金属的行为

研究了氯化钠、氯化钠－氯化钾、氯化镁－氯化钠－氯化钾熔体系中碱金属的析出行为．研究表明：由于去极化作用．碱金属析出电位远正于其热力学析出电位．氯化镁在正常工业浓度下电解时碱金属也与镁同时放电     

膜分离耦合电化学氢泵提氦工艺设计与优化

深冷精馏的氦气富集工艺存在能耗高、投资大，催化氧化法脱氢会引入新杂质(O₂、H₂O等)的问题，因此提出基于膜分离耦合电化学氢泵的脱氮单元尾气提氦工艺。二级膜分离富集氦气，电化学氢泵分离氢气/氦气，一步实现高效脱氢提氦和氢气资源化利用。基于课题组自主开发的膜分离和电化学氢泵单元模块，利用Aspen HYSYS对耦合工艺进行了建模及数据分析，并结合灵敏度分析法和响应面法对工艺关键参数进行了优化。最优工艺条件是第1、2级膜面积分别为4 759.5和435.3 m²,第1、2级膜进料绝对压强分别为6 010.3和4 352.5 kPa,第1、2级电化学氢泵的膜电极面积分别为39和17 m²,施加电势均为1 V。该条件下，产品氦气摩尔含量为99.99%,总回收率为95.67%,同时副产燃料电池车用标准的氢气。经济评价结果表明，在考虑氢气副产品附加值的条件下，耦合工艺高纯氦气生产成本为标准状态下125.47元/m³,动态投资回收期为2.09 a,内部收益率为79%,具有显著的经济优势。     

大黄素的吸附伏安行为及定量测定

大黄素在1％硼砂底液中，有一灵敏的吸附伏安还原峰．峰电位为-0．86V(vs.Ag／AgCl)．在电位-0．3V下预富集，采用微分脉冲吸附溶出伏安法测定，其检测限可达8．0×10^-10mol／L，大黄素在1×10^-8～1×10^-6mol／L浓度范围内．峰电流与浓度呈线性关系此法简便、快速、可靠．     

我国能源消费分析

20世纪50年代以后,由于石油危机的爆发,对世界经济造成巨大影响,国际舆论开始关注起世界“能源危机”问题。在世界能源消费以石油为主导的条件下．如果能源消费结构不改变,就使发生能源危机的概率增加。中国作为世界第二大能源消费国的能源消费现状是仟么样子呢？本文对我国能源消费结构进行了较为具体的统计分析。     

聚灿烂甲酚蓝修饰电极的制备及电催化作用

在pH=6．69的PBS中灿烂甲酚蓝的循环伏安图上(扫描电位区间为-0．5V～0．5V)有一对氧化还原峰，峰电位分别为Ep.a=-0．24V和Ep.c=-0．35V。当扫描电位上限增至1．0V时，灿烂甲酚蓝发生电氧化聚合，最后在石墨碳电极上形成稳定的聚合物膜。该修饰膜电极的循环伏安图上亦有一对氧化还原峰，但峰电位分别正移至Ep.a=-0．050V和Ep.c=-0．125V，说明该聚合物不同于单体。同时该氧化峰，Ip.a与v^1/2成正比，说明电荷在膜中的传递为扩散控制。实验表明，亚硝酸盐能够在聚灿烂甲酚蓝膜修饰电极上被催化还原，黄嘌呤能够在聚灿烂甲酚蓝膜修饰电极上被催化氧化，且催化峰电流分别与亚硝酸根和黄嘌呤的浓度在一定范围内呈线性关系，可用于分析测定。     

超声对电解水阳极放氢过程的影响

研究了超声对电解KOH水溶液中阳极放氧过程的影响。分别测定了不同温度下有超声和无超声作用时电解KOH水溶液的阳极稳态极化曲线。探讨了恒电位操作条件下超声对阳极放氧过程的电流密度、电流效率及放氧量的影响。结果表明：超声可以强化电解水过程的阳极放氧，在25℃、电极电位为0．6V(vsSCE)时，有超声作用时的电流密度是无超声作用时的1．5倍。