氢气制备和储运的状况与发展

随着全球碳达峰和碳减排的推进,氢能作为一种重要的清洁可再生能源受到越来越多的关注,开发利用氢能已成为中国能源技术发展的重要战略方向.以往主要是大专院校、中国科学院等机构的科研人员从事氢能相关的研究,大多获得国家自然科学基金委员会、科技部等的基金支持.目前许多企业也参与进来,既有国企也有民企,这与以往有很大不同,对于氢能产业的发展有巨大的推动作用.氢能发展不仅需要技术成熟,同时还要满足成本、市场和安全等多方面的要求.氢能产业包含制氢、氢分离、储运、应用等多个环节.通过近几年的努力,这些环节已经有了很大的变化,有的领域发展快,有的领域仍面临很多困难.为此,本文对氢能产业链上这些环节的状况、问题和今后的发展进行系统的分析和归纳.     

氢气传感器研究的进展与展望

发展氢能产业对于构建清洁低碳、安全高效的现代能源体系,实现“双碳”目标和经济高质量发展有着重要意义.氢的安全使用问题一直备受关注.氢气传感器可以快速准确地测量氢气浓度,有效预防氢气在生产、存储、运输和使用等过程的泄漏、爆炸等安全问题.氢气传感器按原理可以分为催化型、电学型、光纤型、声学型等几种类型.其中,催化型和电学型氢气传感技术已经发展成熟并实现了商业化.近些年,随着氢能的推广应用和物联网技术的高速发展,对氢气传感器在安全性、远程监控及分布式测量等方面的要求日益提升.相较于传统的电学原理传感器,光纤型氢气传感器具有更高的安全性和抗干扰性,且便于实现分布式测量等优良性能,已成为当前的研究热点.本文将从不同类型氢气传感器的原理、适用性和研究现状等方面对氢气传感器进行综述与分析,并对其发展趋势进行展望.     

氢燃料燃气轮机与大规模氢能发电

清洁可再生氢能源的利用被视为CO₂减排的一个重要途径,受到世界各国的高度重视。从电能到氢能再到电能的高效转换是氢能利用的核心技术之一。产业上大规模高效氢能到电能的转换技术需要100 MW以上的功率,而依靠目前的燃料电池技术难以满足。氢燃料燃气轮机可以实现大规模氢能到电能的转换,且转化效率会随着功率的提高而提高,将是一种重要的氢能发电技术。文章对氢燃料燃气轮机的性能特点、各国研究动态、机种类型和特点、输出功率和热效率、氨燃气轮机等进行了介绍,同时提出利用氢燃料燃气轮机实现从水到水循环的氢能利用系统的设想。     

计算氢气/空气混合物着火延迟时间的相关函数

通过利用HDMR 方法构建用于计算氢气/空气混合物着火延迟时间的相关函数. 首先, 通过详细化学反应机理计算得到的不同初始条件(初始温度800~1600 K, 压强0.1~100 atm (1 atm=1.01×10⁵ Pa), 当量比0.2~10)下的氢气空气着火延迟时间数据被用作生成HDMR相关函数的基数据. 在此基础上, 分别构建了全局HDMR 相关函数和分区HDMR 相关函数, 并通过与利用详细化学反应机理得到的结果进行比较, 验证了HDMR 相关函数方法的有效性. 研究结果表明分区HDMR 相关函数更为精确. 因此, 在需要计算化学时间尺度的燃烧模型中, HDMR 分区相关函数方法可以作为详细化学反应机理的一个有效的替代手段.     

氢气-空气-稀释气混合气层流燃烧速度的测定和火焰稳定性分析

利用球型发展火焰研究了常温常压下不同燃空当量比(0.4~4.5)、稀释气(N₂, CO₂和15%CO₂+85%N₂)和稀释度(0, 0.05, 0.10和0.15)时氢气-空气-稀释气混合气的预混层流燃烧速度和马克斯坦长度, 分析了火焰拉伸对火焰传播速度的影响. 研究结果表明: 氢气-空气-稀释气混合气的层流燃烧速度和马克斯坦长度均随稀释度的增大而减小, 火焰稳定性下降, 胞状火焰前锋面出现的半径位置提前. 在同一稀释度下, 层流燃烧速度在当量比为1.8处达到最大值, 马克斯坦长度随当量比的增加而增大. CO₂作为稀释气对层流燃烧速度和马克斯坦长度的影响大于N₂作为稀释气对层流燃烧速度和马克斯坦长度的影响.     

硬质合金WC-TiC-Co的制备和性能研究

硬质合金是由难熔金属硬质化合物和粘结金属组成的复合材料,难熔金属碳化物通常是指元素周期表中第Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ族的钨、钛、钽、钒、铪等元素的碳化物,在硬质合金中用得最广的是WC、TiC、TaC等,这些碳化物中的一种或者一种以上与粘结金属钻组成的合金常叫做硬质合金,这类合金普遍具有硬度高、耐磨性能好、红硬性好、化学热稳定性高、抗压强度高和     

超声强化雷尼镍活化新生氢气对水中三氯生的降解机制

催化加氢脱氯是实现水中三氯生(triclosan,TCS)降毒去稳的有效方法.实际应用中,对贵金属催化剂的过度依赖和密闭的加压反应体系是制约该方法工业化应用的关键因素.本研究以阴极析氢反应产生的新生氢气(nas-cent H2,Nas-H2)作为雷尼镍(Raney Ni,R-Ni)催化剂的氢源,建立了温和条件下三氯生高...     

DNA芯片和蛋白质芯片的制备与检测

微阵列生物芯片技术是近年来小型化技术发展的重要方面。多达2万个以上的基因——占人类表达基因总数的一半——可以被排列在一张厘米见方的基板上，成为定址的探针阵列；每个位点的直径为50～150微米。当样品溶液流经芯片时，溶液中的靶标分子与探针分子相互作用而被捕获。通过研究这样制备的芯片，能了解靶标分子在样品溶液中的浓度，或者它们的理化性质。     

微生物脱有机硫的催化剂制备和条件

从石油污染土壤中筛选到的一株能专一性降解二苯并噻吩（dibenzothiophene,DBT)生成2－羟基联苯（2-hydroxybiphenyl,2-HBP)的红球属（Rhodococcus)菌株lawq出发，研究了影响该菌株生长和脱硫的因素，2－HBP对菌体生长，降解DBT酶系的产生及脱硫活力都有抑制作用，研究了生长反应系统中硫酸盐和DBT同时存在条件下，硫酸盐的存在对产生降解DBT酶系的影响作用，对休止细胞脱有机硫反应体系进行了研究，并确定了最佳细胞浓度和反应条件，研究结果表明红球菌lawq具有对硫酸盐不敏感的犒，较适合于生物脱有机硫工艺。     

铁电体-金属纳米微粒复合材料的制备与性质

近年来,由金属微粒弥散相与氧化物电介质(玻璃或陶瓷)基体所构成的复合材料体系引起了人们的关注。由于这类材料在光学(光吸收、散射、非线性)、电学(隧穿效应,电致发光)、磁学及催化等方面均有一些特殊性质,使这类材料体系在理论研究和实际应用方面都具有很高的价值。目前,这类材料的制备主要是采用溅射法和溶胶-凝胶(Sol-gel)法。限于技术上的原因,上述材料的基体主要局限于一些简单的氧化物体系,包括SiO_2,Al_2O_3和ZrO_2。     

ZnO薄膜的Sol-Gel制备与结构分析

ZnO薄膜是一种极为重要的多功能电子材料,已广泛地应用于体声波(BAW)延迟线、声表面波(SAW)器件、声光器件,以及气敏、力敏、压敏等传感器件中.传统的ZnO薄膜制备技术主要有射频磁控溅射,离子束蒸发,化学气相淀积等几种,近年来,Sol-Gel技术得到了很大的发展,已成功地制备出高取向的PbTiO_3薄膜.高取向和外延的K(Ta,Nb)O_3薄膜和(Sr,Ba)Nb_2O_6薄膜等,利用该工艺制备高质量的薄膜,有着极大的发展潜力.本文报道了采用Sol-Gel法在石英玻璃衬底上制备高c轴取向ZnO薄膜     

透明氮化铝陶瓷的制备

以碳热还原法制备的氮化铝粉体为原料,ＣａＣ２为烧结助剂,采用常规的热压烧结和无压烧结工艺在高温和低温下制备透明的氮化铝陶瓷,实验结果表明,碳热还原法制备的ＡｌＮ粉纯度较高,粒度较小,粒径分布较窄,适宜制备透明ＡｌＮ陶瓷。在ＡｌＮ陶瓷的致密化过程中,由于ＣａＣ２的挥发从而使晶界到得到净化,高度致密化导致ＡｌＮ陶瓷透明。     

适用于氢气低温制备与高效存储的催化新体系

氢气是一种具有极高能量密度的二次清洁能源,被认为最有可能替代现有的煤炭和石油等化石燃料作为未来人类社会赖以生存和发展的能源基础.以清洁、高效、无污染的氢循环代替目前对环境有严重威胁且日益枯竭的碳循环.在可预见的未来,全球主要国家将会加大氢能开发和利用的投入.尤其是伴随着我国能源体系的升级和新能源产业的快速发展,氢气作为高效的能量载体势必会成为未来清洁能源发展的主要方向之一.氢能应用循环主要包括3个环节,即(1)氢燃料的制备;(2)氢燃料的存储和输运;(3)氢燃料化学能到电能或其他形式能量的高效转变.结合国家能源战略及基础研究的需求,本研究团队近期在氢气的低温制备和存储方面取得了一定的研究成果.尤其是以α-MoC作为强相互作用载体制备的Au和Pt纳米催化剂,分别在低温水汽变换反应和液相甲醇水重整产氢反应方面取得了较为突出的研究成果.该研究成果为氢燃料的低温原位制备,氢燃料安全、高效的存储运输及大规模工业制氢过程的优化提供了新的思路.本文结合该领域近年来的国内外研究进展和本实验室的研究成果,简单介绍适用于工业化制氢过程的低温水汽变换过程和液相储氢新体系,并对未来该领域的发展提出一定的展望.     

铁电体/高温超导体集成薄膜的制备与性质

高温超导体的载流子浓度比常规超导体的低(对YBa_2Cu_3Q_(7-6)而言,n≌5×10~(21/cm~3)其载流子间的Coulomb屏蔽长度大,因而高温超导体中的载流子浓度易受外加电场的影响,或者说,能够由外场来调制.1991年,文献[1～3]研究了以SrTiO_3为门电极的金属-绝缘体-半导体(metal-insulator-semiconductor,MIS)型的三端器件(three terminal devices),即超导场效应晶体管(superconducing field-effect transistor,SuFET).但实际的增益只达到0.9.通过采用高介电系数的门电极可以对这种超寻场效应晶体管加以改进.理想的选择是铁电体     

轻质耐高温NiAl基合金制备与复杂构件成形技术进展浅析

NiAl基合金具有优越的低密度、高模量和良好的抗氧化性等特点,特别适合作为高温关键构件使用,在航空航天等领域应用前景广阔。然而,作为一种金属间化合物,固有的延性极限成为NiAl基合金复杂形状构件成形的技术瓶颈,因此亟需开发NiAl基合金复杂构件成形新技术。文章综述了目前NiAl基合金及其构件制备成形常用的熔铸法、高温自蔓延合成法、粉末冶金法及近年来发展的反应制备法,讨论了反应制备成形新方法在薄壁复杂构件制造方面的潜力,以及NiAl基合金复杂构件成形制造技术的发展趋势。     

轻质耐高温NiAl基合金制备与复杂构件成形技术进展浅析

NiAl基合金具有优越的低密度、高模量和良好的抗氧化性等特点，特别适合作为高温关键构件使用，在航空航天等领域应用前景广阔。然而，作为一种金属间化合物，固有的延性极限成为NiAl基合金复杂形状构件成形的技术瓶颈，因此亟需开发NiAl基合金复杂构件成形新技术。文章综述了目前NiAl基合金及其构件制备成形常用的熔铸法、高温自蔓延合成法、粉末冶金法及近年来发展的反应制备法，讨论了反应制备成形新方法在薄壁复杂构件制造方面的潜力，以及NiAl基合金复杂构件成形制造技术的发展趋势。     

异丙醇-丙酮-氢气化学热泵放热反应器内丙酮催化加氢:颗粒内热质传递的影响

颗粒内传热传质对IAH-CHP固定床放热反应器性能具有重要影响.本文建立了管径和催化剂颗粒直径之比n=4的圆柱形放热反应器120°的三维局部模型,使用Fluent商业软件对模型内流场、组分和温度分布进行了模拟研究.重点研究了颗粒内传热传质特性对组分分布、温度分布、异丙醇产量及选择性的影响,并给出了最优的催化剂颗粒直径dp和催化剂内部微孔直径d0值.模拟结果表明,颗粒内温度分布较均匀,对反应影响不明显;大的dp值和小的d0值会显著增大催化剂颗粒内部的反应物浓度和反应速率梯度,降低催化剂的使用效率,降低异丙醇选择性.优化模拟结果说明,对于丙酮高温加氢放热反应,球形催化剂颗粒应选择催化剂颗粒直径1 mm,微孔直径10 nm.     

车载储氢技术的发展与挑战*

研发高效、安全、低成本的车载储氢系统对发展氢燃料电池汽车至关重要,也面临诸多挑战。美国能源部关于车载储氢系统的技术指标不是针对某种特定的储氢方式,而是参照当今使用汽油的轿车性能指标提出的。经过近十年的努力,基于气态、液态和固态的三种车载储氢方式的燃料电池汽车均有许多成功的示范案例。但由于存在不同程度的缺陷与不足,三种储氢方式中尚无一种能同时满足各项指标。高压气态储氢的体积密度偏低,提高压力又会带来安全隐患;液态储氢有自挥发和高成本的问题;基于储氢材料为工作介质的固态储氢尚需研发高性能的轻质储氢材料。笔者评述了国内外在车载储氢技术方面所取得的新成果与新进展。     

Grtzel电池用TiO_2致密膜的制备和表征

选择钛酸四丁酯-石油醚溶液体系,使用浸涂、烧结方法制备了致密TiO_2薄膜。利用X射线光电子能谱(XPS)测试了薄膜的组成,并用原子力显微镜(AFM)研究了制备工艺对表面形貌的影响。TiO_2致密膜的透射光谱表明,该薄膜在可见光区有很好的透过率。利用该种致密TiO_2膜,制备了固态Gratzel电池,其光电特性表明,所制得的致密膜起到了很好的阻隔导电基底和空穴传输层的作用.