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Designing single-atom catalysts toward improved alkaline hydrogen evolution reaction 被引量:6
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作者 Fatma Abdelghafar Xiaomin Xu +1 位作者 Ping Jiang Zongping Shao 《Materials Reports(Energy)》 2022年第3期38-49,共12页
Electrochemical water splitting powered by renewables-generated electricity represents a promising approach for green hydrogen production.However,the sluggish kinetics for the hydrogen evolution reaction(HER)under an ... Electrochemical water splitting powered by renewables-generated electricity represents a promising approach for green hydrogen production.However,the sluggish kinetics for the hydrogen evolution reaction(HER)under an alkaline medium causes a massive amount of energy losses,hindering large-scale production.Exploring efficient and low-cost catalyst candidates for large-scale H_(2) generation becomes a crucial demand.Single-atom catalysts(SACs)demonstrate great promise for enabling efficient alkaline HER catalysis at maximum atom utilization efficiency.In this review,we provide a comprehensive overview of the recent progress in SACs for the HER application in alkaline environments.The fundamentals of alkaline HER are first introduced,followed by a justification of the need to develop SACs.The rational design of the SACs including the inherent element property,coordination environment,SAC morphology,and SAC mass loading are highlighted.To facilitate the development of SACs for alkaline HER,we further propose the remaining challenges and perspectives in this research field. 展开更多
关键词 Single-atom catalyst hydrogen evolution reaction ELECTROCATALYSIS Alkaline electrolyte water splitting
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A mini-review of noble-metal-free electrocatalysts for overall water splitting in non-alkaline electrolytes 被引量:3
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作者 Jie Yu Yawen Dai +3 位作者 Qijiao He Dongqi Zhao Zongping Shao Meng Ni 《Materials Reports(Energy)》 2021年第2期48-60,共13页
Development of noble-metal-free materials with remarkable electrocatalytic water-splitting performance in acidic or neutral media has sparked considerable attention in recent years.Herein,we review the latest research... Development of noble-metal-free materials with remarkable electrocatalytic water-splitting performance in acidic or neutral media has sparked considerable attention in recent years.Herein,we review the latest research on design and fabrication of precious-metal-free catalytic materials for overall water electrolysis in non-alkaline environment,especially highlighting several optimizing approaches to enhance the catalytic behavior and to realize effective bifunctional electrocatalysts.All these involved noble-metal-free electrocatalysts are classified into transition-metal oxides(TMOs),transition-metal nitrides(TMNs),transition-metal carbides(TMCs),transition-metal phosphides(TMPs),transition-metal chalcogenides,metal complexes,and metal-free carbons,as shown in the main part.Besides,the paper also offers an introduction of the fundamental electrochemistry of water splitting before entering the subject,as well as a prospective discussion on mechanism understanding,novel catalysts fabrication,and standardized performance measurements/evaluation in the last section. 展开更多
关键词 Noble-metal-free electrocatalyst Overall water splitting Oxygen evolution reaction hydrogen evolution reaction Non-alkaline electrolyte Bifunctional catalytic electrode
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Ru-doped functional porous materials for electrocatalytic water splitting 被引量:5
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作者 Chongao Tian Rui Liu +2 位作者 Yu Zhang Wenxiu Yang Bo Wang 《Nano Research》 SCIE EI CSCD 2024年第3期982-1002,共21页
Electrolytic water splitting(EWS)is an attractive and promising technique for the production of hydrogen energy.Nevertheless,the sluggish kinetic rate of hydrogen/oxygen evolution reactions leads to a high overpotenti... Electrolytic water splitting(EWS)is an attractive and promising technique for the production of hydrogen energy.Nevertheless,the sluggish kinetic rate of hydrogen/oxygen evolution reactions leads to a high overpotential and low energy efficiency.Up to date,Pt/Ir-based nanocatalysts have become the state-of-the-art EWS catalysts,but disadvantages such as high cost and low earth abundance greatly limit their applications in EWS devices.As an attractive candidate for the Pt/Ir catalysts,series of Ru-based nanomaterials have aroused much attention for their low price,Pt-like hydrogen bond strength,and high EWS activity.In particular,Ru-doped functional porous materials have been becoming one of the most representative EWS catalysts,which can not only achieve the dispersion and adjustment for active Ru sites,but also simultaneously solve the problems of mass transfer and catalytic conversion in EWS.In this review,the design and preparation strategies of Ru-doped functional porous materials toward EWS in recent years are summarized,including Ru-doped metal organic frameworks(MOFs),Ru-doped porous organic polymers(POPs),and their derivatives.Meanwhile,detailed structure–activity relationships induced by the tuned geometric/electronic structures of Ru-doped functional porous materials are further depicted in this review.Last but not least,the challenges and perspectives of Ru-doped functional porous materials catalysts are reasonably proposed to provide fresh ideas for the design of Ru-based EWS catalysts. 展开更多
关键词 Ru-based catalyst functional porous materials electrolytic water splitting oxygen evolution reaction hydrogen evolution reaction
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光催化技术在能源环境中的发展与应用
4
作者 杨杰 陈香 +3 位作者 刘昌昊 李朝升 卞振锋 陈春城 《太阳能》 2024年第7期50-61,共12页
光催化技术是一种高效的光能利用方式,通过激发催化剂产生表面高能活性物种,进而引发表面化学反应,实现光能到化学能的转化或加速化学反应速度。近年来,光催化技术在环境净化、能源转换和资源回收等领域得到了广泛研究。综述了近几年光... 光催化技术是一种高效的光能利用方式,通过激发催化剂产生表面高能活性物种,进而引发表面化学反应,实现光能到化学能的转化或加速化学反应速度。近年来,光催化技术在环境净化、能源转换和资源回收等领域得到了广泛研究。综述了近几年光催化技术的发展与应用,就光催化技术面临的未来挑战和发展前景进行了探讨。在环境净化方面,光催化技术被用于降解有机污染物,以及去除大气污染物和温室气体;在能源转换领域,光催化技术被应用于太阳能转换、分解水制氢,以及CO_(2)还原成多碳、高价值燃料;在资源回收领域,光催化技术可以实现对废弃电子废料中贵金属的有效回收。 展开更多
关键词 光催化 太阳能 污染物降解 水分解制氢 贵金属回收 CO_(2)还原
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“绿氢”工业化碱性催化剂研究现状及未来展望 被引量:6
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作者 徐斯然 吴奇 +3 位作者 卢帮安 唐堂 张佳楠 胡劲松 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2023年第2期38-63,共26页
电解水制氢技术的发展对于加快实现全球碳中和目标具有重要意义。然而,碱性介质中缓慢的析氢/析氧反应动力学过程目前是阻碍该技术发展的瓶颈问题。基于此,本文首先综述了碱性环境下析氢反应与析氧反应不同的动力学理论机制,总结了针对... 电解水制氢技术的发展对于加快实现全球碳中和目标具有重要意义。然而,碱性介质中缓慢的析氢/析氧反应动力学过程目前是阻碍该技术发展的瓶颈问题。基于此,本文首先综述了碱性环境下析氢反应与析氧反应不同的动力学理论机制,总结了针对改善动力学反应过程的理论设计策略。随后,介绍了目前电解水催化剂的设计理念及方向。对新兴的“绿氢”技术而言,探索在高电流密度下高性能电催化剂对这项技术在工业化应用推广中起着核心作用。同时,大规模合成策略是辅助合成工业电极的关键技术。进一步,我们在推进“绿氢”工业化应用的基础上总结了目前常用三种电解槽,介绍了目前电解槽设计的局限性及对应解决方案。总之,深入研究适用于碱性环境中的工业电催化剂、商业膜或电解槽的设计,提高对工业设计原则的理解,对于获得效率更高、安全性更高、实用性更强的工业电解槽具有重要意义。 展开更多
关键词 碱性介质 “绿氢” 电解水 析氢反应 析氧反应 工业电极 电解槽
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新工科理念下无机化学实验教学探索 被引量:2
6
作者 毛娜 段晓丽 《化工管理》 2022年第34期21-23,40,共4页
新工科背景下工科专业的教学改革已经成为高校发展的必然选择。文章用焙烧浸渍法制备g-C_(3)N_(4)及其光催化分解水制氢的研究引入到能源化工专业无机化学实验的教学中,参加大学生大创项目。该综合实验的内容符合新工科背景下工科专业... 新工科背景下工科专业的教学改革已经成为高校发展的必然选择。文章用焙烧浸渍法制备g-C_(3)N_(4)及其光催化分解水制氢的研究引入到能源化工专业无机化学实验的教学中,参加大学生大创项目。该综合实验的内容符合新工科背景下工科专业的发展需求,通过该实验使学生加深对理论和实践的理解,培养学生的创造创新能力和动手实践能力。 展开更多
关键词 新工科背景 光催化 分解水制氢 综合实验设计
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新工科背景下无机化学实验教学探索 被引量:1
7
作者 毛娜 段晓丽 《化工管理》 2023年第1期32-34,50,共4页
新工科背景下工科专业的教学改革已经成为高校发展的必然选择。文章用焙烧浸渍法制备g-C_(3)N_(4)及其光催化分解水制氢的研究引入到能源化工专业无机化学实验的教学中,参加大学生大创项目。该综合实验的内容符合新工科背景下工科专业... 新工科背景下工科专业的教学改革已经成为高校发展的必然选择。文章用焙烧浸渍法制备g-C_(3)N_(4)及其光催化分解水制氢的研究引入到能源化工专业无机化学实验的教学中,参加大学生大创项目。该综合实验的内容符合新工科背景下工科专业的发展需求,通过该实验使学生加深对理论和实践的理解,培养学生的创造创新能力和动手实践能力。 展开更多
关键词 新工科背景 光催化 分解水制氢 综合实验设计
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电催化产氢:从原理到应用 被引量:4
8
作者 夏玉国 王挺 +1 位作者 焦秀玲 陈代荣 《中国科学:化学》 CAS CSCD 北大核心 2021年第6期595-609,共15页
全球人口增长及对能源需求的不断增大使能源安全问题日益严峻,开发可持续的非化石燃料能源是解决问题的有效途径.氢能具有无二氧化碳排放、能量密度高等特点,因此氢气被认为是理想的能源载体.在能量转换过程中,氢气可经由电能从再生能... 全球人口增长及对能源需求的不断增大使能源安全问题日益严峻,开发可持续的非化石燃料能源是解决问题的有效途径.氢能具有无二氧化碳排放、能量密度高等特点,因此氢气被认为是理想的能源载体.在能量转换过程中,氢气可经由电能从再生能源中产生,以化学键的形式储存能量,亦可在需要时通过燃料电池或其他设备转换回电能并输送给终端.因此,探究高效的氢气制造方法和转换途径是实现氢能应用的重中之重.在氢气的制造策略中,电催化途径因具有快速、高效、高选择性和高性价比等特点成为目前高效制氢的最优选方案之一.自1833年Faraday首先提出电解水的概念,到19世纪20~30年代陆续出现不同种类的电解池装置,再至目前已发展的多种电催化制氢及耦合反应的设计,电解水制氢技术已取得了很大进步.本文从电催化制氢的基本原理、性能评价方法、电催化剂种类及电池结构对电催化制氢进行了总结,并评述了电催化制氢的最新研究进展,指出了目前研究中存在的问题及可能的解决方案. 展开更多
关键词 电催化水分解 析氢反应 非贵金属催化剂 电解池设计
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高熵合金在水电解中的研究进展、基础与挑战 被引量:3
9
作者 张泉 廉康 +5 位作者 齐高璨 张书胜 刘倩 罗扬 罗俊 刘熙俊 《Science China Materials》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第5期1681-1701,共21页
氢能作为一种清洁能源,已成为全球能源战略的重要组成部分,也是实现全球“碳中和”的必要途径之一.在可再生电力的驱动下,水电解法有望成为实现“零碳”排放的一种理想的长期制氢方法.与传统合金相比,高熵合金由于其独特的结构特征,包... 氢能作为一种清洁能源,已成为全球能源战略的重要组成部分,也是实现全球“碳中和”的必要途径之一.在可再生电力的驱动下,水电解法有望成为实现“零碳”排放的一种理想的长期制氢方法.与传统合金相比,高熵合金由于其独特的结构特征,包括占位无序和晶格有序,可提供更多的催化活性位点.它们在水解催化剂领域具有广泛的应用前景.本文综述了电解水的机理、水解过程中高熵合金的催化原理,以及高熵合金作为电解水催化剂的最新研究进展.总结了新型高熵合金设计方面存在的难点及其应用潜力,重点讨论了高熵合金在水解催化过程中表面形态和催化活性之间的联系.最后归纳了高熵合金的组成调控及其在水电解等新兴领域的可能应用前景. 展开更多
关键词 high-entropy alloys electrolytic water splitting catalysts design hydrogen evolution reaction oxygen evolution reaction
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主族元素在过渡金属基电解水催化剂中的应用研究进展
10
作者 廖凡 陈子亮 康振辉 《稀有金属》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第1期1-27,共27页
H2是一种理想的清洁可再生能源。可持续制氢是实现未来氢经济的重要前提。电催化作为水裂解制氢的重要方法,在过去几十年里一直是人们广泛研究的课题。催化剂是实现这一能源转换反应的重要媒介。现阶段主要的电解水制氢催化剂材料是过... H2是一种理想的清洁可再生能源。可持续制氢是实现未来氢经济的重要前提。电催化作为水裂解制氢的重要方法,在过去几十年里一直是人们广泛研究的课题。催化剂是实现这一能源转换反应的重要媒介。现阶段主要的电解水制氢催化剂材料是过渡金属,特别是贵金属。它们作为电催化剂的主体,提供了催化反应的活性中心,确保了电化学反应的高效稳定进行。为了进一步提升这些过渡金属的活性和稳定性,同时降低由于它们稀缺储量导致的昂贵成本,近期的许多研究也将催化剂的材料选择拓展至过渡金属以外的其他元素。尽管这些非过渡金属材料在大部分情况下并不是催化活性中心,但是它们能够显著调节催化剂性能。本文总结了几种不同类型的主族元素在催化剂设计和制备中的应用,并且深入讨论了这些催化剂中主族元素促进电解水过程的作用机制,重点阐述了主族元素对过渡金属基电催化剂电子结构和相稳定性的影响,以及与催化活性之间的关系。目前对于非过渡金属电催化剂的设计和催化机制方面的研究仍然处于发展阶段,亟需更多的表征手段深入研究,因此利用瞬态光电压测试系统,展示了一种测试电催化中界面电子转移过程的新方法。最后,提出了非过渡金属元素应用在电催化剂中的挑战和展望。 展开更多
关键词 电解水制氢 主族元素 过渡金属 瞬态光电压 界面电子转移
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