碳化钒改性镍基催化剂的尿素电氧化性能

尿素电解法以其在含尿素废水处理及制氢领域的节能环保前景而受到广泛关注,关键在于设计高效稳定的尿素电氧化催化剂。文中设计开发一种VC(碳化钒)改性的Ni-VC/MWCNTs(Ni基纳米复合催化剂)用于尿素电氧化可达到343.3 mA/mg的优异电流密度,其与Ni/MWCNTs催化剂相比具有更小的Tafel斜率和更低的电荷转移电阻。此外,在稳态条件下,Ni-VC/MWCNTs催化剂的电流密度也得到提高。X射线光电子能谱测试表明引入VC使得Ni更易失电子生成活性组分NiOOH,从而增强尿素电氧化性能。此外,在尿素电解池中,达到10 mA/cm^(2)的电流密度,以Ni-VC/MWCNTs作为阳极催化剂所需的电压比Ni/MWCNTs降低了近100 mV。结果表明Ni-VC/MWCNTs是一种优良的尿素电解催化剂,有望实现高效制氢和废水资源化利用。

基于原位技术的尿素电氧化催化机理研究进展

尿素电氧化反应作为尿素电解制氢和直接尿素燃料电池共同的半反应,是实现含尿素废水绿色处理及资源化利用的重要反应。然而其复杂六电子转移过程导致的缓慢动力学,及反应过程中涉及多种中间体的生成与转化,使得催化剂活性低且稳定性差,因此有必要结合原位表征技术探明催化机理以科学理性设计尿素电氧化催化剂。针对基于电化学原位技术的尿素电氧化反应相关研究,从反应机理、反应路径和催化剂改性机制3个方面进行分类综述,着重探讨采用电化学原位红外光谱和电化学原位拉曼光谱的尿素电氧化催化机理,通过分析反应过程中键断裂与键生成及各种特征峰的变化规律,深入探索尿素电氧化反应强化策略。最后,展望基于原位技术的尿素电氧化研究的发展方向,以设计开发高效稳定电催化剂推进其应用。

基于尿素电氧化技术的空间站新型污水回用系统设计

空间站中水资源的补充对实现宇航员长期在轨驻留至关重要。将航天员的尿液处理后循环回用是供水的必要途径之一,其占据了回收水量的绝大部分。然而,传统尿液处理方法存在设备庞大、流程复杂和原子利用率低等问题。因此设计了新型污水处理及回用系统:基于尿素电氧化技术处理尿液,引入甲烷燃料电池与Sabatier反应器和氢氧燃料电池联用,以进一步利用尿液处理产物,通过设计分级处理及动态调控系统,精准配置空间站内水资源。该设计系统有助于节省宝贵空间并降低处理能耗,有望提高水的回收率同时实现资源的优化配置,为空间站内水资源的循环利用提供新思路。

直接尿素燃料电池研究进展

直接尿素燃料电池可同时处理含尿素废水(尿液等)并发电,且Ni基材料为阳极尿素电氧化反应的有效催化剂。然而由于尿素电氧化反应复杂且缓慢的动力学使得Ni基催化剂活性低且稳定性差,导致直接尿素燃料电池功率密度普遍较低。实现其应用的关键在于对Ni基催化剂进行改性以构建高效稳定的催化剂层及其膜电极组件。因此,详细评述了组装成直接尿素燃料电池的阳极催化剂研究进展,深入分析改性后的催化剂组成结构对系统性能的影响机制(包括载体效应和协同效应),旨在为设计高效稳定的尿素电氧化催化剂提供科学依据。此外,阐述了直接尿素燃料电池系统中膜材料的研究现状及其膜电极组件的构建。最后,总结并展望了该领域的研究重点及未来研究的发展方向,为开发高性能直接尿素燃料电池以推进其商业化进程提供借鉴。