超薄的硫铟锌纳米片合成及其光催化水分解制氢

通过胶体化学法制备硫铟锌(ZnIn_(2)S_(4))纳米片,用原子力显微镜(AFM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)等对纳米片进行了表征。将纳米片配体交换后用于可见光催化制氢反应,用气相色谱仪(GC)进行产氢量测试,评价催化剂性能。结果表明,合成了超薄的ZnIn_(2)S_(4)纳米片,厚度仅为1.8nm;其产氢速率为600μmol/(h·g),并具有良好的循环稳定性,表现出了较好的光催化水分解制氢性能。该实验对设计光催化制氢催化剂有一定的启发。

铁基载氧体化学链水分解制氢耦合乙酸热分解试验

采用载氧体催化剂化学链直接分解水一步制纯氢,并将其与生物质热转化耦合,开发具有应用前景和经济性的制氢同时制合成气的新方法具有重要意义。探究金属螯合溶胶-凝胶方法制备掺杂Ce-Ni的铁基载氧体,以化学链水分解耦合乙酸热分解方式制取纯氢和富氢合成气,首先在氧化态载氧体作用下,乙酸催化热分解制取富氢合成气,载氧体被还原,实现了载氧体晶格氧的迁移,通过原位CO_(2)吸附实现热分解过程强化;其次是利用还原态载氧体与水发生铁-蒸汽过程制氢。研究发现,在乙酸催化热分解过程进行原位CO_(2)吸附强化,提高了合成气H2纯度并减少积碳。与无掺杂纯氧化铁与空白石英砂对照,掺杂适量的Ce与Ni的Fe基载氧体具有显著制氢作用,随Ce、Ni量增加,乙酸分解阶段CO_(2)和CO生成量减少,水分解阶段H2先增后降,最佳载氧体Fe、Ce和Ni组分物质的量比为100∶10∶3,加入相对于载氧体不同质量比的CO_(2)吸附剂均可有效降低合成气中CO_(2)与CO气体量,最佳质量比为1∶2,在该条件下合成气中H2体积分数提高了11.96%~26.17%,CO_(2)体积分数减少了22.85%~49.28%,CO体积分数减少了29.18%~34.05%,15次循环后载氧体仍保持较好的稳定性。

硫碘热化学循环水分解制氢流程优化与模拟

选择大型化工流程模拟软件Aspen Plus对硫碘循环制氢系统进行流程优化设计与模拟,计算系统的质量平衡、能量平衡,并对系统热效率进行评估。碘化氢相中HI浓度采用本生反应实验中的过恒沸浓度,避免高能耗电渗析的使用,从而大大提高系统效率。在不考虑废热发电情况下,与文献值56.8%相比,系统产氢热效率高达68.46%。

水分解制氢催化剂的新设计原理

铂是迄今为止科学家们认为最好的水分解制氢催化剂。布朗大学的一项新研究说明了铂性能好的原因并非是曾经认为的那样。这项研究成果发表在ACS Catalysis杂志上。一直以来,人们认为铂的成功归功于其“适宜的”键能。理想的催化剂与反应分子的结合既不会太松,也不会太紧,而是处于中间水平。与反应分子结合得太松,就难以引发反应,而结合得太紧,分子粘在催化剂表面上,反应就很难完成。氢在铂上的键能恰好完美地平衡了水分解反应的两个部分,因此绝大多数科学家认为这就是铂性能好的原因。但是,有一种叫做二硫化钼(MoS2)的材料,其键能与铂相似,但对水分解反应的催化作用却差得多。这说明键能并非是全部原因。

中美两国大学开发出用于水分解制氢的优于铂的新催化剂

布朗大学、武汉理工大学、加州州立大学和哈尔滨工业大学共同开发了一种新的催化剂,这种催化剂是以镍金为核、以金为外壳的纳米颗粒催化剂,可高效制氢。研究人员称,该方法不仅限于镍金,还可以扩大至铁金和铜金。这种金属/金构成的新一类催化剂的活性与铂相当,且分解水制氢的寿命更长。

水分解制氢的新型混合催化剂

休斯顿大学和加州理工学院的研究人员报道了一种廉价的混合催化剂,它能够分解水产生氢气,适合于大规模商业化应用。大多数将水分解成其组分(氢气和氧气)的系统需要两种催化剂:一种催化产氢反应,另一种催化产氧反应。由铁和磷化镍(商业上以镍泡沫形式获得)制成的新催化剂,具有这样的两种功能。

可推广的低成本水分解制氢燃料催化剂

人们所期待的“清洁能源经济”至今尚未实现，似乎总是离几步之遥。化石燃料仍然是运输、供暖和制冷以及制造业的动力来源。但宾夕法尼亚州立大学和佛罗里达州立大学的科学家团队采用成本更低的可工业推广的催化剂。通过一个低能耗的水分解过程向生产廉价的清洁氢燃料又迈进了一步。

铜基材料在催化水分解制氢领域的研究进展

利用光能、电能水分解制氢是获得洁净能源的重要途径。过渡元素铜因地球储量高、价格低、催化性能稳定,已成为制备洁净能源的研究热点。本文对铜基催化材料的发展过程与制备方法进行了简要综述,旨在为筛选成本低廉、电催化水分解制氢效果优异的催化材料予以参考。

美国科学家开发水分解制氢气新方法

据报道，为满足未来的能源需求，科学家们希望找到可持续生产氢气方法，用于燃料电池和生产液体燃料。像制氢的替代方法——生物处理工艺和电解水一样，传统的热法水分解制氢需要重复加热和冷却，因此浪费能源。美国科罗拉多大学科学家们正在开发一种热水分解方法，该方法是通过太阳能电池板的热能和金属氧化物催化剂实现水分解制氢。

南理工与国外合作太阳能水分解制氢研究获重要进展

南京理工大学材料科学与工程学院/格莱特研究院与美国斯坦福大学、韩国延世大学、韩国成均馆大学、韩国科学研究院等单位的研究人员合作,在太阳能水分解制氢研究方面取得了重要进展.

一种开路循环水分解制氢的新方法

提出了一种新的三段开路循环制氢法，介绍了这种制氢法的工艺实验和动力学实验，找出了工艺条件的动力学方程。

“氢农场”策略下,太阳能水分解制氢效率创新高

太阳能光催化分解水制氢,将太阳能转化并储存为化学能,是科学家们长期探索研究的领域。但是,光催化过程是一个跨越多个时间尺度的复杂反应过程,涉及化学、物理、生物等一系列多学科的前沿科研问题。多项研究证明,使用颗粒状光催化剂进行光催化水分解是大规模制氢的一种更为经济有效的方法。

基于MOFs材料光催化分解水制氢的研究进展

“双碳”目标的提出让氢能热度持续攀升,制氢技术突破是氢能连接能源消费终端的关键桥梁,光催化分解水制氢技术是实现太阳能低碳转化的有效途径。其中,利用具有比表面积和孔隙率高、结构可调、活性位点丰富等优势的金属有机框架(MOFs)材料光催化分解水制氢是近年来的研究热点。该文综述了国内外基于MOFs材料光催化分解水制氢体系中半导体复合、金属离子掺杂、敏化剂修饰和贵金属负载等方法的改性原理、技术难点和制氢效果等,重点阐述比较了上述MOFs改性方法在抑制光生电子空穴对复合、优化MOFs禁带宽度和增加MOFs活性位点等方面的作用,提出了未来MOFs光催化分解水制氢可深入新型MOFs材料开发、敏化剂修饰工艺优化、拓展先进表征手段的研究方向。

用于光电化学水分解的光电极氧空位调节综述

光电化学(PEC)分解水制氢是一项有望取代化石燃料的绿色能源生产策略.传统光电极由于其光生载流子的快速复合和缓慢的动力学会导致水分解性能不佳.在电极材料中注入氧空位可调节光电极的电子和光学性质,从而有助于光电极中固有缺陷的形成.已有研究表明,将氧空位引入光电极是增强其PEC分解水性能的有效方法.对于不同类型的半导体光电极材料,介绍了通过氢气还原、等离子体处理和过氧化氢处理引入氧空位的方法以及氧空位影响光电极PEC性能的研究进展.总结了基于新的表征技术对氧空位的深入理解和新的发现,并对光电极氧空位调节策略及应用研究进行了展望.

可见光分解水制氢半导体催化剂的研究

直接利用太阳能光解水制氢是解决世界能源危机的重要途径,有效利用太阳能的关键是研究开发可见光化的光催化剂。介绍了光解水制氢的原理,综述了近年来半导体光催化剂在利用可见光方面研究的最新进展,并对未来的研究方向作了展望。

太阳能分解水制氢最近进展:光催化、光电催化及光伏-光电耦合途径（英文）

能源是人类生存和发展的物质基础,太阳能作为最丰富的清洁可再生能源之一,其开发利用受到了世界范围内的广泛关注.通过光催化分解水制氢将太阳能以化学能的形式储存起来不仅能利用太阳能制取高燃烧值的氢能,同时氢能可与CO_2综合利用结合起来,在减少碳排放的同时,生成高附加值的化学品,实现碳氢资源的优化利用.光催化分解水制氢在过去的几年里取得了长足的进步,本综述从三种研究广泛的太阳能光催化分解水制氢途径(即光催化、光电催化以及光伏-光电耦合途径)入手,分别简要介绍了太阳能分解水制氢在近几年取得的最新研究进展.利用纳米粒子悬浮体系进行光催化分解水制氢成本低廉、易于规模化放大,被认为是未来应用最可行的方式之一,但是太阳能转化利用效率还偏低.最新报道的SrTiO_3:La,Rh/Au/BiVO_4:Mo光催化剂其太阳能到氢能(STH)转化效率已超过了1.0%,相比之前报道的大多数光催化剂体系有了数量级的飞跃,让人们对太阳能光催化分解水制氢未来的规模化应用看到了希望.高效宽光谱响应的光催化剂、高效电荷分离策略、新型高效助催化剂以及气体分离新方法和新材料等,均是粉末光催化剂体系研究最为关键的问题;光电催化分解水在过去2–3年内发展迅速,在一些典型的光阳极半导体材料(如BiVO_4和Ta_3N_5等)体系上太阳能利用效率超过2.0%以上.最新研究发现,在Ta_3N_5光阳极的研究中,通过在光电极表面合理设计和构筑空穴传输层和电子阻挡层等策略,光电流和电极稳定性均可得到大幅度提升,光电流大小甚至可接近Ta3N5材料的理论极限电流.如果能进一步在过电位和电极稳定性上取得突破,该体系的STH转化效率还会得到大幅度改进.此外,光阴极的研究也越来越受到了研究者的关注;光伏-光电耦合体系在三种途径里面太阳能制氢效率最高,在多个体系上已超过10%以上,最近报道的利用多结GaInP/GaAs/Ge电池与Ni电催化剂耦合,其太阳能制氢效率可达到22.4%.虽然该种制氢途径的效率已超过其工业化应用的要求,但是光伏电池的成本(尤其是多结GaAs太阳电池)极大限制了其大面积规模化应用,同时还要考虑电催化剂的成本和效率等,光伏-光电耦合制氢是成本最高的太阳能制氢途径.需要指出的是,光伏-光电耦合制氢有望在一些特殊的领域最先取得实际应用,如为外太空航天器、远洋航海以及孤立海岛等传统能源无法满足的地方提供能源供给.总之,太阳能分解水制氢研究取得了一系列重要进展,太阳能制氢效率得到了大幅度提升,也是目前世界范围内关注的研究热点之一,不仅具有强的潜在工业应用背景,更为基础科学提供了诸多新的研究课题.这一极具挑战的研究领域,在先进技术快速发展和基础科学问题认识不断提高的基础上,不久的将来,有望在不久的将来在基础科学和应用研究方面取得重大突破.

微波法制备CdS-TiO_2NT复合催化剂及其在可见光下分解水制氢的性能

以CdCl2·2.5H2O,Na2S·9H2O和自制的TiO2纳米颗粒为原料,在微波反应器内合成了掺杂CdS的TiO2纳米管复合催化剂。通过高分辨透射电镜观察,发现采用此方法可合成形貌完好纳米管,管子内径为5-10nm,长度为150-200nm。X射线衍射表征结果显示合成的复合催化剂主要为锐钛矿型的多晶态TiO2纳米管,并且CdS的掺杂造成TiO2晶体变形,可能是CdS与TiO2之间存在相互作用和CdS部分进入TiO2晶格内部。X射线光电子能谱对该催化剂各元素电子环境进行了分析。紫外可见吸收光谱发现所制备的复合催化剂产生明显的红移现象,能吸收可见光。该催化剂在可见光下催化分解纯水制氢的催化性能结果表明,掺杂CdS（1.96%（wt））的TiO2纳米管催化剂能分解纯水产生氢气,产氢速率为12.9μmol·（h·g）^-1,而纯CdS纳米颗粒、纯TiO2纳米管以及这两者物理混合的催化剂则检测不到氢气的产生。通过考察不同CdS的掺杂量,发现CdS质量分数为1.96%的CdS-TiO2NT催化剂的可见光下催化活性最好。

金红石相含量对混晶纳米TiO_2光催化分解水制氢的影响

合成了不同金红石相含量的纳米TiO2,并研究了其光催化分解水制氢的活性。结果表明,未沉积Pt时,纯锐钛矿TiO2活性最高,金红石相含量的增加导致TiO2活性下降并在下降过程中出现波动。沉积Pt后,TiO2产氢速率随金红石相含量的增加先增后减,在金红石相质量分数为9.7%时达到最高,为40.35 mmol/(gcat.h)。首次提出了金红石相含量对混晶纳米TiO2光催化分解水制氢活性的影响机理。

太阳能光催化分解水制氢体系能量转换效率及量子产率的实验测定与计算

对太阳能光催化分解水制氢体系的阈值能、太阳能转换效率以及太阳能转化成可储存的化学能效率进行了阐述;建立了一种利用已知量子产率的化学光量计测定光子数绝对值的实验方法,并使用该方法对太阳能光催化分解水制氢体系的能量转换效率及产氢的量子产率进行了计算。

基于可见光催化分解水制氢的物理化学综合实验设计

将可见光催化分解水制氢引入物理化学综合实验,系统介绍了催化剂制备、表征及光催化反应性能评价等实验内容。以无毒、易制备的g-C_3N_4作为实验用可见光催化剂,考查了制备温度对催化剂的结构及光催化性能的影响。