Selective reduction of carbon dioxide to carbon monoxide over Au/CeO_2 catalyst and identification of reaction intermediate

CO2 selective reduction to CO with H2 over a CeO2-supported nano-Au catalyst at atmospheric pres- sure was investigated. A high CO2 conversion, approaching the thermodynamic equilibrium value, and nearly 100% CO selectivity were obtained. The surface formate intermediates generated during the reverse water-gas shift reaction at 400 ℃ were identified using in situ diffuse-reflectance infra- red Fourier-transform spectroscopy. The formate consumption to give CO and H20, determined using mass spectrometry, indicated that the reaction proceeded via an associative formate mecha- nism; this contributes to the high Au/CeO2 catalytic activity at low temperatures.

空气源电化学连续分离制氧(Ⅰ)：单池性能优化

随着工业化进程高速发展,尤其受近期"雾霾"的影响,大气环境质量越来越受重视。空气中氧气补给是提高空气质量的关键方法之一。相对于传统制氧技术(如空气物理分离法、化学法以及水电解法等),空气源电化学连续分离制纯氧技术具有空气源分离制纯氧、能量效率高、连续运行、环境友好、安静、易规模放大等特点,可实现室内外场合应用。该技术的关键部件是质子交换膜燃料电池和固体聚合物电解质电解池(简称燃料电池和电解池)。分别考察了其单池操作条件对性能的影响,如燃料电池的操作温度、相对湿度、气体利用率和压强,以及电解池的供水方式、循环水流速、操作温度等。测试了燃料电池单池极化曲线、电化学交流阻抗谱,并计算了膜电导率和活化能。对极化曲线进行拟合得出塔菲尔(Tafel)斜率、氧还原反应交换电流密度i0以及传质影响参数m、n等基本动力学参数。结果表明,氢空燃料电池单池最优化条件为:常压条件下,操作温度为60℃,峰值功率密度可达0.42 W·cm^(-2),膜面电阻为77 m?·cm^2,膜电导率为41.4 m S·cm^(-1)。Tafel斜率受温度影响较小,在120 m V·dec^(-1)左右,但受相对湿度影响较大。相对湿度对单池性能影响显著。电解池单池最优化操作条件为:操作温度对性能影响较大且最佳为65℃,膜面电阻为1.08?·cm^2,膜电导率为11.7 m S·cm^(-1)。循环水流速对性能影响较小。供水方式的优劣次序为两极供水≈阳极供水>阴极供水。在上述实验条件下,燃料电池中Nafion®211膜和电解池中Nafion®115膜的活化能计算值分别为3.75和4.61 k J·mol^(-1)。基于燃料电池和电解池的单池电化学性能优化,研究结果可为后续的制氧机系统中电池堆的实施提供实验依据。

采用垂直电场电泳分离脱盐技术模拟海水淡化的探索

由于受环境污染的影响,淡水资源的供给问题日趋严峻,供给方式的新技术探索是有效解决问题的重要途径,尤其是海水淡化的相关技术。利用实验室自制的垂直电场电泳装置,研究模拟海水的脱盐效果(以氯离子为研究对象)。考察了氯离子初始浓度、停留时间和电压3个因素分别对脱盐率、能量效率(单位电功能量的正极区迁移的氯离子质量)和分布比率的影响。出水分为4个区域,正极区、负极区、中间区和两极邻近区,其中中间区代表模拟海水淡化的目标收集区。结果表明,随着入水口处的氯离子初始浓度的增加,电泳装置出水口的中间区的脱盐率降低,能量效率逐渐升高,中间区、负极区和两极邻近区的分布比率增大,而正极区的分布比率减小。随着停留时间的增加,中间区脱盐率明显升高,高达69.5%,能量效率逐渐降低,中间区和负极区的分布比率减小,而正极区和两极邻近区的分布比率增加。随着电压升高,中间区的脱盐率逐渐升高,最高达13.9%,能量效率逐渐降低,正极区的分布比率逐渐增大,而负极区和两极邻近区的分布比率逐渐减小,中间区分布比率呈先上升后降低趋势。