《新型生物质能源催化剂高效稳定》

  • 来源专题:油气开发与利用
  • 编译者: cncic
  • 发布时间:2018-12-08
  •   中科院合肥物质科学研究院固体物理研究所日前在生物质催化转化方面取得新进展,科研人员制备出一种高度分散的铜基催化剂,为实现将生物质资源低成本转化为生物油和化工产品奠定了基础。国际材料领域权威学术期刊《SMALL》发表了该成果。该铜基催化剂制备方法简便、绿色、易于放大,在不同条件下将木质素转化为高附加值化学品2-甲氧基-4-甲基苯酚(MMP)的转化率和选择性均达到较高水平,且具有优异的稳定性。随着化石能源危机日益严峻,生物质作为一种储量丰富的可再生资源已成为代替化石能源的“宠儿”,但由于其含氧量较高,不能直接代替化石燃料。加氢脱氧(选择性加氢)被公认为是提高生物质燃料品质及获取高附加值化学品最有效的方法。香兰素(3-甲氧基-4-羟基苯甲醛)作为木质素中一种重要的芳香单体,将其转化为含氧量更低的高附加值化学品MMP已引起广大科研者的兴趣,并相继开展了对香兰素选择性加氢的研究工作。

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  • 《多孔石墨烯/镍钼合金催化剂实现高效稳定析氢》

    • 来源专题:中科院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
    • 编译者:wukan
    • 发布时间:2018-06-15
    • 电解水制氢是一种洁净、高效的能源转换技术,而析氢电催化剂是决定制氢效率的一个关键因素。然而,当前高效的制氢催化剂主要采用贵金属(如铂、钌等)材料,价格高昂、储量稀缺等问题严重限制了电解水制氢技术的规模化应用。因此,发展廉价、高性能的非贵金属催化剂成为该技术的前沿热点。筑波大学的Tadafumi Adschiri教授研究团队成功地合成了一种氮掺杂多孔石墨烯修饰的三维镍钼(NiMo)合金复合电极材料,展现出了与商用的贵金属催化电极Pt/C相当的催化产氢效能,且具备了良好的耐酸性。研究人员首先通过化学还原法将镍钼氧化物(NiMoO4)和二氧化硅(SiO2)纳米颗粒混合物进行高温还原,制备出了SiO2¬纳米颗粒负载的多孔NiMo合金复合材料;接着通过化学气相沉积方法在多孔NiMo合金表面沉积一层带有纳米孔洞的多孔氮掺杂石墨烯薄膜。研究显示NiMo合金表面的SiO2纳米颗粒作为骨架有效地阻止了合金孔洞界面处石墨烯的进一步生长,从而获得了多孔石墨烯。由此,研究人员通过调整SiO2纳米颗粒的负载量(10-5到10-1wt%质量分数)优化了石墨烯孔的尺寸。电化学测试结果显示,在0.5摩尔的硫酸溶液中,无孔石墨烯薄膜完全覆盖的NiMo催化电极多催化过电位为114 mV,催化转化频率为0.8 H2/s,经过1000次循环后催化电流降至初始的39%;而多孔石墨烯修饰的NiMo合金催化电极过电位仅为30 mV,催化转化频率为1.3 H2/s,经过1000次循环后催化电流可维持初始的68%,达到了商用的Pt/C催化电极相当的催化性能,即多孔石墨烯修饰的NiMo合金催化电极具备更加优异的催化活性和稳定性。通过密度泛函理论研究,多孔石墨烯修饰的NiMo合金催化电极拥有更加优异性能的原因在于多孔石墨烯改善了电荷转移,有利于H原子的吸附;另外多孔石墨烯的纳米孔与NiMo合金表面之间的相互作用,有效调整局部电子结构,导致H原子吸附的吉布斯自由能接近零,有助于析氢反应化学过程进行;且这种多孔石墨烯薄膜可以充当保护膜有效减轻NiMo合金催化剂被酸性电解质腐蚀,增强了催化稳定性。该项研究设计合成了新型多孔石墨烯包覆的镍钼合金复合催化电极,一方面改善了催化活性,另一方面增强了催化材料耐酸性提升循环稳定性,实现了高效稳定地光解水产氢。相关研究成果发表在《ACS Catalysis》 。
  • 《富磷CoP2催化剂助力高效稳定裂解水产氢》

    • 来源专题:中科院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
    • 编译者:guokm
    • 发布时间:2019-08-05
    • 通过光电催化分解水制氢是一种绿色的能量转换技术,被称为是光化学研究领域的圣杯。然而,目前高效的催化剂主要采用贵金属体系,成本高昂且储量有限,阻碍了氢能的规模化应用。因此亟需开发储量丰富、成本低廉的新型高效催化剂。美国维克森林大学Scott M. Geyer教授课题组牵头的国际联合研究团队利用改良的热注入法合成了富磷的磷化钴(CoP2)纳米颗粒催化剂,将其用于制备光电极应用于裂解水产氢,展现出了与贵金属Pt相当的催化活性,且具备良好化学稳定性。 研究人员首先通过密度泛函理论研究了富磷状态下CoP2催化活性,计算表明富磷状态不仅可以从物理上阻止氢原子(H)在多重Co原子上的过度吸附,而且可以稳定H在单个Co原子上的吸附,这有利于水裂解产氢。随后研究人员通过原子沉积法(ALD)在P型硅(p-Si)衬底上沉积一层铝掺杂的氧化锌(Al-ZnO, AZO)薄膜,继续利用ALD在AZO上沉积一层TiO2薄膜,最后接着利用改良的热注入法在TiO2上面制备了一层富磷的CoP2纳米晶催化剂薄膜,从而合成了p-Si/AZO/TiO2/CoP2复合光电极。为了对比研究,作者也制备了CoP和Co2P催化剂,随后将上述制备的不同催化剂电极置于0.5 摩尔的硫酸溶液中进行催化活性测试。实验结果显示,在39 mV、53 mV和88 mV过电位下,分别获得了10 mA•cm-2、20 mA•cm-2和100 mA•cm-2电流密度。其37 mV过电压条件下的催化活性与贵金属相当,而要达到相同催化性能,CoP和Co2P过电压要分别达到65 mV和52 mV。而CoP2、CoP和Co2P塔菲尔斜率分别为32、41和58 mV dec-1。上述结果表明,富磷的CoP2拥有更加优异的催化裂解水产氢性能。在上述酸性电解质中连续工作36小时后,基于CoP2的电极催化活性基本没有衰退,即使60个小时,也仅仅衰减7.73%;相反,36个小时后商用的Pt/C催化电极大幅衰减了21.1%;表明了CoP2具备了优异的化学稳定性。 该项研究精心设计制备了富磷的CoP2催化剂电极,表现出了与贵金属Pt相当的水解产氢的催化活性,而且具备了更优的稳定性和经济性,为设计高效、稳定、经济的新型非贵金属催化剂指明了新方向。相关研究成果发表在《Advanced Materials》 。