随着社会经济的发展,能源和环境问题日益受到人们的广泛关注。氢能因其能量密度高、绿色无污染、储量丰富、应用广泛等优点,被认为是21世纪理想的清洁能源。电解水制氢是一种清洁的生产技术,在“双碳”的背景下得到蓬勃发展,其关键挑战在于开发高性能的析氢反应(HER)电催化剂,以降低水分解的过电势。详细介绍了目前主流的电解水制氢技术,分析了各技术的自身特性和优劣势,重点总结概括了HER催化剂的研究进展,最后对电解水制氢技术及其催化剂的发展方向进行了展望。
空气中微量SO2 (10-9)引起阴极材料硫中毒是导致固体氧化物燃料电池(SOFC)性能衰减的关键因素之一。将(La0.6Sr0.4) (Co0.2Fe0.8)O3(LSCF)和A位缺陷型(La0.6 Sr0.4)0.85(Co0.2Fe0.8)O3(LSCF85)样品放置在含有30 μg/g SO2的干空气气氛中,800 ℃条件下热处理50 h后,对反应的生成物进行XRD、SEM、EDX表征,评价A位缺陷的存在对钙钛矿结构铁酸盐基固体氧化物燃料电池阴极材料硫中毒行为的影响。结果发现,对于钙钛矿结构LSCF阴极材料,A位缺陷的引入可以有效地抑制该材料与SO2发生化学反应生成SrSO4,提高材料在含SO2气氛中的化学稳定性。其原因可能是由于A位缺陷的引入,降低了LSCF中Sr元素的活性,从而抑制了Sr元素与SO2之间化学反应的发生。
面对化石燃料日益枯竭、锂资源短缺等问题,钠离子电池以资源丰富、理论成本低、快充性能好、低温性能优异等优势被认为是发展新能源、大规模储能和低速电动交通工具中具有较大潜力的二次电池。钠离子电池正极材料是影响电池能量密度、循环性能、倍率性能等参数的重要因素之一,钠离子电池正极材料包括过渡金属氧化物、聚阴离子类化合物、普鲁士蓝类化合物和有机类化合物。总结并介绍了钠离子正极材料,概括了钠离子电池的优劣势,分析了各类正极材料的自身特性和研究方向,对钠离子电池正极材料的发展方向进行了展望。
以共沉淀法制备了Mn?Zr复合氧化物,通过浸渍法引入贵金属(Ru、Pd、Pt),考察了贵金属对于氯乙烯催化燃烧反应性能的影响;并对催化剂的结构和化学状态,氧化还原性能和酸性能,表面酸类型的分布特征进行表征。研究发现,贵金属主要以氧化态的形式存在于催化剂表面,贵金属的引入促进了复合氧化物的还原,从而提高了催化剂的氧化还原性能,同时也提高了催化剂表面酸的总量、改变了表面Br?nsted酸和Lewis酸中心的分布。贵金属引入后,促进了反应性能的提高,使得氯乙烯全转化温度向低温偏移;不同贵金属对于反应促进的效果不同,其中Ru的引入,对于反应的促进效果高于Pd和Pt的引入。Ru/MZ (Ru/Mn0.7Zr0.3Ox)催化剂上氯乙烯转化50%和90%的温度(t50、t90)分别为206、243 ℃,比纯复合氧化物催化剂的相应温度向低温偏移69、71 ℃。贵金属引入后也改变了有机含氯副产物的分布并降低了其浓度,Ru/MZ催化剂在t90时的含氯副产物总体积分数为5.7 μL/L,比Mn0.7Zr0.3Ox在相同转化率下的有机氯代副产物体积分数低70%。
层状双金属氢氧化物(LDHs)具有层内离子可变、层间阴离子可交换以及反应表面较大的特点,因而表现出优异的电催化析氢和析氧性能。此外,基于LDHs的衍生物能够实现催化剂材料的多功能化和性能的增强,使其在众多领域均表现出显著的优势和良好的应用前景。系统分析了LDHs层板结构的可调变性、可剥层及组装性、结构记忆效应等性质,以及剥层法、共沉淀法和水热合成法等LDHs高效电催化剂的常用制备方法,综述了LDHs及其复合衍生物在电解水析氧反应、析氢反应、乙醇电催化氧化反应、氧还原反应等电催化领域的应用研究,并对LDHs所涉及的问题和解决方案进行了分析及展望。
等级孔分子筛材料因其兼具高效传质与择形催化的优势而成为当前分子筛研究领域热点,然而其传质优化机制的不明确是制约等级孔分子筛材料设计思路与发展方向的主要因素。简要介绍了等级孔分子筛材料研究现状,并重点对等级孔分子筛材料传质机制研究进展,包括当前研究所面临的挑战和研究策略等方面进行了综述,探讨了传质机制研究在等级孔分子筛材料研发过程的重要意义,并对未来发展方向进行了展望。
导电聚合物材料因导电率高、质量轻、防腐蚀、电学和光学性能良好等优点引起科研工作者的兴趣。其中,聚吡咯作为典型的导电高分子材料,因其合成条件简单,且具有良好的环境稳定性、环境友好性、电导率变化范围广且可调节等优点而备受关注,但它存在难溶解、难熔融、力学性能及加工性能较差等缺点,限制了其应用。聚吡咯与其他材料复合形成的复合材料,在改善聚吡咯缺点的同时结合了二者的优点,赋予材料新的性能,拓宽了材料的应用领域。简述了聚吡咯的主要合成方法,分析了每种方法的优势与缺点,并对其在超级电容器、气敏传感器和生物组织工程等领域的应用进行了总结,讨论了聚吡咯复合材料所面临的问题及解决方案,对未来的发展进行了展望。
固体氧化物电解池(SOEC)技术基于固态电解质可实现电能、热能向化学能的高效、灵活转化,可与太阳能、风能和潮汐能等可再生能源衔接,利用所产生的过剩电能实现H2的高效、清洁、大规模制备;可以耦合CO2捕获过程,实现CO2与H2O共电解制备合成气;可与大型工业结合,利用产生的低附加值原料制备乙烯、氨气、甲醛等高附加值化学品。SOEC技术可以满足未来社会对大规模可再生能源转化及存储的需求,对加快全世界范围内非化石能源替代进程、加速实现我国“双碳”目标意义重大。主要讨论了SOEC技术所应用的电极和电解质材料、现阶段的应用场景及原理、面临的挑战,并对该技术的发展方向进行了展望。
以四水合钼酸铵为钼源、六水合硝酸镍为镍源,采用水热法在泡沫镍基底上制备前驱体NiMoO4纳米棒阵列,然后通过热氮化法得到具有棒状阵列结构的NiMoN催化电极材料(简称NiMoN)。采用X射线衍射和扫描电子显微镜对NiMoN的物相结构和表面形貌进行表征;通过线性扫描伏安法、塔菲尔斜率、电化学阻抗谱等电化学测试手段,对NiMoN的半反应析氧(OER)、析氢(HER)以及全解水性能进行测试。结果表明,在碱性淡水和碱性模拟海水电解液中,NiMoN均显示了突出的OER活性,产生100.00 mA/cm2的电流密度分别需要293、340 mV的过电位;NiMoN?9具有较好的HER活性,在两种电解液中产生100.00 mA/cm2的电流密度分别需要361、400 mV的过电位;NiMoN?9具有良好的全解水性能,在两种电解液中产生100.00 mA/cm2的电流密度所需电压分别为2.016、2.032 V,且可稳定运行55 h以上。
钴基催化剂活化过一硫酸盐(PMS)具有催化活性高、操作简便、易回收和成本较低等优点,因此近年来在高级氧化技术领域备受关注。综述了钴基催化剂的典型合成方法,包括固相法、气相法和液相法等;介绍了用于活化PMS的钴基催化剂的类型,包括具有特殊形貌的钴氧化物、负载型钴氧化物和钴基复合金属氧化物;阐述了钴基催化剂活化PMS在环境修复中降解有机染料、内分泌干扰物以及药物和个人护理品的研究进展;总结了目前钴基催化剂活化PMS存在的一些不足,并对该领域今后的研究提出了展望。