9,10-二氰基蒽敏化的氧化还原体系中取代苯的化学反应

近年来的研究指出,有多种氧化还原体系能在可见光照射下有效地分解水制氢,其中多数体系包括电子给体,如胺类;光敏剂,各种染料、金属络合物等;电子中继体甲基紫精(MV~(2+))及释氢催化剂,如胶体铂。由于这些体系分解水制氢过程中消耗的电子牺牲体比制得的氢还要贵,所以研究在分解水制氢的同时,水分子能参加氧化还原反应使体系中原来的电子牺牲体化合物生成有用的化合物,已经引起了关注。     

新型的太阳能制氢电池

1972年日本的Fujishima和Honda以半导体二氧化钛作光电极的光电化学电池分解水制氢,开创了太阳能制氢的研究工作。但效率和成本是太阳能制氢的两个制约因素,Honda的制氢电池其能量转换效率不到1%,离实用要求相差甚远。我们在过去的十几年里,根据对在绿色植物光合作用里光致电子传递的研究,构筑一个完全人工的系统来利用太阳能分解水制氢。在自然界的光合作用里,有两个光系统(即光系统工和光系统Ⅱ),它们处在叫做类囊体膜的光合作用膜里,在吸收太阳光的能量后从水分子里夺取电子;电子通过这两个光系统传递到膜的另一侧去还原电子受体。由于膜很薄(厚度小     

热化学循环由水制氢

开辟氢能是当前国际上的一个重大课题。氢能体系开发利用的核心问题是由一次能源提供能量使水分解的制氢技术。《热化学循环由水制氢》从热力学的角度介绍热力学化学循环分解水制氢的一些基本原理及构成熟化学循环的若干化学反应体系。原子核聚变是能源开发的一个重要领域。     

贫电子敏化剂敏化光还原甲基紫精的研究

经敏化光还原所生成的甲基紫精阳离子(MV~+)在胶态铂存在下能分解水制氢,这是太阳能转换研究中的重要课题。文献所报     

三维泡沫石墨烯负载磷酸钴盐(Co-Pi)和硼酸钴盐(Co-Bi)高效电催化分解水析氧性能

<正>氢能源是一种理想的绿色能源,电催化分解水制氢具有很好的发展前景.水分解的过程包含析氢和析氧2个半反应,其中析氧过程更为困难,要经历一个复杂的电质耦合(proton-coulped electron transfer,PCET)过程,过电位更高,消耗更多的能量,为电解水制氢的瓶颈.为此,寻找一种能够有效降低析氧过电位的析氧催化剂至关重要.自然界中,绿色植物能够通过光合作用,在比较温和的条件下将H2O分解得到氧气,主要是由于光系统II中的析氧活性中心(oxygen evolving complex,OEC)Mn4Ca O4团簇蛋白的作用.模拟光合作用分解水析氧制氢是一个很有前     

光解木制氢研究的新进展

前言光解水制氢的研究,是为了解决能源紧张而提出来的一个课题,受到许多国家的重视.各个工业国家都在寻找新的能源供应,其中氢被一致公认为一种理想的燃料.利用太阳光催化分解水,生成氢和氧,便成为流行的研究课题.因为水和太阳光可以永远不虞     

钒酸铋光电催化分解水的研究进展

光电化学(photoelectrochemical, PEC)催化分解水制氢被认为是生态友好、规模化和可持续性地转化与储存太阳能的理想途径之一,但光阳极较低的工作效率限制了PEC分解水的发展.近年来,钒酸铋光阳极因具有较高的理论光电流密度受到科学界的广泛关注.大量的工作聚焦在如何将钒酸铋光阳极所具有的理论潜力尽可能地发挥并应用至PEC分解水制氢.本文通过回顾和分析钒酸铋光阳极的吸光效率、光生载流子分离效率与表面催化产氧效率3个方面的研究进展,对高性能钒酸铋光阳极的设计思路与合成方法进行评述、总结与展望,为进一步挖掘钒酸铋光电极的潜力与开发下一代光电极提供参考和思路.     

二维光解水材料的理论设计

目前,人们面临着日益严重的能源与环境危机.氢气是一种清洁能源,而通过光解水制氢成为解决上述问题的有效途径.光吸收及电子空穴分离是决定光解水能量转化效率的关键因素,对于它们的研究有助于人们开发高效的光解水制氢材料.二维材料由于具有较大的比表面积、载流子迁移路程短、优异的光学性质等特性,引起了人们的广泛关注.本文从理论上介绍了二维光解水制氢材料的最新进展.其中包括:通过筛选、设计及调控的方法寻找新的二维光解水材料;通过分子设计和化学改性方法增强二维材料的光吸收性能;通过构建二维范德华异质结促进光生电子和空穴的分离;通过引入内禀电场的手段同时增强光吸收及光生电子和空穴的分离.另外,本文展望了二维光解水制氢材料理论研究所面临的机遇和挑战.     

离子注入技术在光解水电极材料改性中的应用

半导体光催化分解水制氢是一种装置简单,相对廉价可靠的能源利用方式.开发具有高光制氢效率的光电极材料一直是材料科学研究领域的热点.目前的半导体光催化材料普遍面临缺乏可见光吸收和载流子分离效率低的问题.这些问题导致目前光解水制氢电极材料的效率较低,达不到商业应用的要求.因此,发展改性的光电极材料尤为重要.离子注入技术作为一种重要的半导体改性技术,相对于传统的化学掺杂方法具有诸多优点.离子注入方法能够保证注入离子的纯度,能够通过控制注入离子的能量和剂量从而控制注入杂质的浓度和深度分布.离子注入技术可以使掺杂不受扩散系数和化学结合力等因素的限制,各种元素均可掺杂.因此,离子注入技术在光电极材料改性方面具有很大的应用前景.本文首先介绍了光解水制氢及离子注入技术的基本原理,然后结合本课题组及其他学者的工作,综述了目前离子注入技术改性光电极材料的特点和研究进展,最后展望了离子注入技术在光解水电极改性应用的未来发展方向.     

“氢能源”走向家庭

少量耗能制取洁净能源"氢气",一直是国际科学界追求的目标。最近,我国哈尔滨建筑大学学者利用细菌从污水中分解收集氢气,并于近日率先成功完成中试实验,在世界上首次使工业化生物制氢成为可能。自然界的氢资源十分丰富,但通常是以氧化氢的形式出现,比如水(H_2O),在水分子中氢和氧就像是一对"好兄弟",要打开它们的键十分困难,而今采用"细菌制氢"的方法,其原理是首先驯化出     

铁酸盐提高g-C_3N_4光催化产氢性能:以铁酸镍和铁酸钴为例

正高效低成本大规模太阳能光催化分解水制氢是人类解决能源与环境问题最有前景的途径.其关键是寻找能够低成本大规模制备、具有合适能带结构的高活性光催化剂材料与高效产氢产氧助催化剂,以构建高效的光催化反应体系.非金属聚合物半导体石墨型氮化碳(g-C_3N_4)具有很好的光化学稳定性、     

太阳能热化学循环制氢研究进展

太阳能热化学制氢被认为是能源可持续利用最具潜力的途径之一,对推进“碳达峰、碳中和”目标的实现,缓解能源与环境危机具有重大的战略意义.直接热解水虽能实现近零碳排放制氢,然而超高的反应温度以及氢、氧产物分离难等问题,使之难以应用于规模化产氢.太阳能热化学循环间接分解水制氢,通过载氧材料循环来降低直接热解水温度,并实现氢、氧产物分步分离,将间歇、波动、能流密度低的太阳能转化为稳定、高密度的氢气化学能,受到广泛的关注和研究.然而,受限于太阳能热化学循环制氢存在的温度高、效率低、经济性差等诸多瓶颈问题,当前研究仍停留在理论分析与实验研究阶段,阻碍着该项技术的进一步发展.本文围绕太阳能热化学循环制氢,综述了不同循环体系的发展历程及重要进展,并对热化学循环所面临的主要挑战进行了讨论与建议,以期为太阳能热化学循环的研究和发展提供新见解与新思路,为太阳能燃料的高效、稳定、安全以及大规模生产奠定基础.     

利用贮氢材料分离和纯化氢气

一、概述氢是重要的工业原料,随着工业生产和新技术的迅猛发展,对氢的需求也在成倍增长,据报导,1990年资本主义国家的氢产量将突破10000亿标米~3。氢的主要来源有:水电解制氢、分解氨和甲醇制氢、石油裂解和天然气中的氢以及各种工业含氢弛放气。七十年代以来,电子工业(半导体器件、集成电路等)及材料、冶金和化学工业中,对氢气的纯度提出更高要求(99.999～99.99999％),由此发展了一系列氢气分离和纯化技术,大致包括以下几种: (1)催化吸附法:常温条件下利用催化剂去除原料氢气中的杂质O_2和CO,并用各种吸附剂选择吸附     

核壳结构设计及界面键合实现氮化钽光阳极快速空间电荷分离

<正>光电催化(PEC)分解水是指在一定外加偏压下利用禁带宽度合适的半导体材料吸收太阳能产生电子-空穴对以驱动水的还原和氧化反应.自1972年Fujishima和Honda[1]首次报道Ti O2光阳极在紫外光和外加电压下实现水分解产生氧气和氢气以来,经过半个世纪的研究, PEC分解水已经发展成为将太阳能转化为可储存氢能的一种简便而有效的方法.     

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.     

微波对天然气水合物形成/分解过程的影响

天然气水合物是潜在的清洁能源, 储量巨大. 高效开发利用天然气水合物, 具有重要意义. 微波加热作用速度快, 应用比较灵活, 有希望用于开采各类型天然气水合物资源及水合物储运技术. 实验研究了2450 MHz、不同微波功率下天然气水合物的形成/分解过程, 初步分析了微波对天然气水合物相平衡的影响, 并在van der Waals-Platteeuw模型的基础上进行了计算. 结果表明: 一定功率的微波可降低水合物形成的过冷度和诱导时间, 20 W微波状况下, 过冷度减小约3℃, 诱导时间由4.5 h缩短到1.3 h; 发现微波可使水合物快速分解, 随着水合物的分解, 产生的分解水加速了水合物的分解, 分解水与微波具有协同作用; 相同压力下, 微波可提高水合物的相平衡温度. 天然气水合物分解过程中各组分介电性质的差异造成了反应体系在分解过程中存在显著的温度差异, 微波加热分解水合物存在多种因素的共同作用.     

可见光光催化研究新进展

随着社会经济的发展, 人们对于能源和生态环境越来越关注, 解决能源短缺和环境污染问题是实现可持续发展、提高人民生活质量和保障国家安全的迫切需要. 光催化材料在解决能源和环境问题方面有重要的应用前景. 光催化材料能有效利用太阳能, 光解水制氢, 氢能源是目前最理想的能源, 其最终产物是水, 不产生污染; 与传统治理环境的方法相比, 光催化材料能将有机污染物分解成二氧化碳和水, 具有成本低, 高效, 不产生二次污染等优点. 虽然光催化研究已进行了若干年, 但仍存在着光转换效率低、稳定性差和光谱相应范围窄等问题, 因此加强光催化材料的基础研究意义十分重大.     

用糖水发电

研究人员发现了一种用廉价生物质快速制氢的方法——最近,美国《科学》杂志报道了一种直接从生物质(如豆油)中制造氢的新装置(见题图),并称这种方法可以降低利用廉价燃料发电的成本。明尼苏达大学的研究人员开发了一种催化方法,可以直接从诸如豆油乃至葡萄糖和水的混合物中生产     

下伏气的天然气水合物藏开采模拟

建立了开采下伏气的天然气水合藏数学物理模型, 系统地考虑了气-水-水合物-冰相多相渗流过程、水合物分解动力学过程、水合物相变过程、冰-水相变过程、热传导、对流过程、渗透率变化等对水合物分解产气和产水的影响. 分析了降压开采过程中气层和水合物层中力、温度、饱和度等时空变化规律, 得到了不同生产压力下产气、产水变化规律. 研究发现, 在开采上覆水合物层的气藏时, 水合物能够提供相当的产气量, 能够提高气井产量, 延长气田稳产时间.     

异相光催化技术在能源与环境及有机合成领域的研究进展

光催化技术由于其简单、有效和环保等特点,在能源、环境及化学合成领域受到广泛关注.近年来,随着原位表征技术的飞速发展,学术界对光催化过程的理解逐步加深,并提出了多种理性设计光催化剂的策略.此外,物理、化学、材料、医学等学科的高度交叉进一步推动了光催化技术的应用前景.本文总结了近年光催化技术机理方面的深度认识及光催化技术在能源、环境及有机合成领域的研究进展,包括光解水制氢、小分子活化等能源领域的研究,以及选择性氧化还原、偶联、氘代化等有机合成领域的研究;还分析总结了光催化技术在应用领域亟需解决的关键问题.