Zr_(30)Ni_(70)合金水分解反应性能研究

针对ITER HCCB-TBM氚提取系统氚化水分解处理需求,考察了Zr_(30)Ni_(70)合金在500℃下的吸氢特性和水分解反应前后的物相变化,并采用微型固定床反应器考察了不同粒度合金在500℃下对惰性气体中微量水的分解反应性能。结果表明,Zr_(30)Ni_(70)合金吸氢量极低,满足Sievert定律;合金水分解的有效成分是Zr,反应产物为ZrO_2;合金粉体粒径越小,床层水分解的穿透容量越大;粉体造粒后可兼顾低床层压降和高穿透容量;水蒸汽浓度变化对穿透容量基本无影响,氢含量低于1%时对穿透容量无影响;当造粒颗粒床层高度超过120mm,床层利用率>98%。

磁场效应对理解水分解反应物的可能意义

电催化水分解由两个基元反应构成,即析氢反应(HER)和析氧反应(OER).开发强大的HER和OER技术需要在分子层面理解反应机理,然而,目前水分解反应的反应物还没有完全确定.本文利用磁场来研究HER中的质子传输和OER中的氢离子传输,对确定HER和OER中真实的反应物具有重要意义.磁场是改变离子等带电物质运动的一种有效工具,例如,在铜电沉积中,磁场改善了Cu^(2+)在电极附近的迁移.然而,施加磁场对不同pH下的HER或OER速率没有影响,这挑战了带电物种(即质子和氢氧化离子)作为反应物的传统观点.HER和OER对磁场的这种异常反应,以及质子和氢氧根离子的传输遵循Grotthuss机制的事实,都表明水可能是HER和OER在不同pH值下的通用反应物.磁场研究结果表明,水可能是HER和OER中的反应物,也可能是其他涉及质子化和脱质子化步骤的电催化反应中的反应物.综上,在复杂的电解质相模型中,只有充分考虑水的作用,才能充分反映水电解质中HER和OER的电化学.

层状钙钛矿EuBa0.5Sr0.5Co1.6Fe0.4O5+δ纤维的合成及其电催化水分解性能

高活性、可耐受的电化学催化剂对于可持续能源的发展具有非常重要的作用,特别是电化学全解水反应。采用静电纺丝法合成了层状钙钛矿EuBa0.5Sr0.5Co1.6Fe0.4O5+δ纤维(EBSCF0.4-F),并在碱性介质中对其电催化析氧反应(OER)和析氢反应(HER)的性能进行了研究。相比较甘氨酸-硝酸盐路线制备的EuBa0.5Sr0.5Co1.6Fe0.4O5+δ(EBSCF0.4)催化剂,EBSCF0.4-F的OER和HER活性显著提高。当电流密度达到10 mA·cm-2时,催化OER和HER的过电位分别为370和349 mV。以EBSCF0.4-F作为双功能电极所组装的EBSCF0.4-F‖EBSCF0.4-F电解池,在10 mA·cm-2时的分解电压为1.60 V,同时可稳定运行长达22 h。研究结果表明,该材料具有优异的电化学全解水性能,其提升的催化活性可能来源于多孔纤维结构以及较高的比表面积。

析氧反应铁镍基预催化剂的表界面调控与进展

析氧反应(OER)是水分解中重要的半反应,为提高其催化性能,开发高效非贵金属催化剂已成为当前的研究重点。铁镍(FeNi)基材料被认为是最好的预催化剂,在催化过程中,它们的表面将转变成高价态金属氧化物或氢氧化物作为真正的活性物质。FeNi基预催化剂的结构和形貌在很大程度上影响了其催化性能,因此,优化和调整FeNi基预催化剂的结构和化学环境可以提高电催化性能。基于我们的研究工作,我们撰写了FeNi基预催化剂的表面结构调控促进电化学析氧反应的研究进展。我们首先介绍了碱性OER的反应机理,然后从杂原子掺杂、表面成分改性、选择性结构转变、表面化学状态调节、异质结构构建和载体效应等方面讨论了FeNi基预催化剂表面调控对析氧反应性能的影响。尽管在OER反应中FeNi都被认为转变成高价态的金属活性物质,Fe/Ni体系的表面结构、形貌和化学状态仍然能够显著影响其最终的催化性能,即FeNi基预催化剂的性质会影响析氧反应的催化性能。通过精细设计并尽量提高Fe和Ni的协同作用将有利用提升氧析出的催化性能。我们希望本综述能够对FeNi基预催化剂的制备和表界面性质调控与电催化析氧反应性能的理解有所帮助。

原子数精确的金属纳米团簇在电催化领域的应用研究进展

金属纳米团簇(MNCs)是由几个到数百个金属原子组成,其尺寸一般小于2nm。金属纳米团簇在许多催化反应中表现出高的催化活性和选择性,这与金属纳米团簇具有高的比表面积、较多暴露的活性原子,以及与金属纳米粒子(MNPs)不同的电子结构有关。金属纳米团簇确定的组成和结构使其成为一种新型模型催化剂,对纳米团簇的催化性能研究有利于人们深入理解催化剂结构-性质之间的关系,更利于催化剂的理性设计与发展。结合近几年国内外和本课题组在金属纳米团簇电催化领域的研究进展和现状,本文对该领域的代表性工作进行了简要综述,并对其未来在电催化领域的应用前景和需要解决的关键问题进行了展望。

硫代双乙醇的超临界水热分解过程

在等温管式平推流反应器中研究了超临界水中硫代双乙醇 (TDG)的水热分解反应 ,反应温度为 42 5～ 5 2 5℃ ,压力为 2 2～ 30 MPa,反应停留时间为 0 .6～ 6 3.2 s。结果表明 ,TDG可在超临界水中快速、彻底分解。TDG分解产物为甲烷、一氧化碳、二氧化碳、乙烯、氢气、乙醇、乙醛、硫化氢和单质硫。 TDG转化率随停留时间增加而增大。随温度和压力升高 ,TDG分解速率加快。分析表明 。

原位合成氧化镍硼/石墨炔杂化材料用于提高光/电催化产氢性能

当今世界面临严峻的能源紧缺和环境污染问题,发展高效无污染的清洁能源替代传统化石能源成为近几十年科研工作者的研究热点.其中,氢能由于具有高燃烧值和产物无污染等优点成为理想的替代能源.光/电催化水分解产生氢气是最有效的制氢方法之一.目前,高活性的产氢催化剂仍以贵金属为主,但贵金属价格高昂和稀缺性等限制了其大规模应用,因此,开发和设计廉价、高效的非贵金属产氢催化剂变得尤为重要.为了提高非贵金属催化剂的催化活性,基于非贵金属的复合材料的构建被广泛研究.例如,通过非贵金属和碳材料的复合,能够提高比表面积和电子传输速率,优化活性位点的电子结构,从而提高催化活性.石墨炔(GDY)作为一种新兴碳材料,由sp^(2)-和sp-杂化碳共同组成.由于GDY具有高度π共轭结构,大的比表面积和独特的双炔键,可作为载体与非贵金属离子相互作用形成复合材料,制备高效产氢催化剂.基于此,本文在室温下原位合成了强耦合相互作用的氧化镍硼/石墨炔(NiBi/GDY)催化剂,并将其应用于光/电催化产氢反应.在光催化产氢反应中,采用曙红为光敏剂,三乙醇胺为牺牲剂,可见光下NiBi/GDY的光催化产氢速率可达4.54 mmol g^(-1)h^(-1),产氢速率分别是氧化镍硼/石墨烯(NiBi/graphene)和NiBi的2.9倍和4.5倍.此外,NiBi/GDY在1.0 M KOH溶液中也表现出良好电催化产氢性能,电流密度为400 mA/cm^(2)时其过电位为478.0 mV,低于商业铂碳(505.3 mV@400 mA/cm2).NiBi/GDY在光/电催化产氢实验中表现出的较好催化性能可归因于NiBi和GDY之间强耦合相互作用对NiBi电子结构的优化.上述研究结果表明,石墨炔可作为理想载体制备高效的光/电催化剂,同时本文为设计高效稳定的非贵金属产氢催化剂提供了一定的借鉴意义.