《澳大利亚研究人员开发出一种液态金属催化剂可用于制造高能燃料》

  • 来源专题:先进材料
  • 编译者: 李丹
  • 发布时间:2023-11-17
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    据悉尼大学网站11月10日消息,澳大利亚悉尼大学(University of Sydney)的研究人员开发出一种液态金属催化剂可用于制造高能燃料。研究人员发现,液态镓作为催化反应的溶剂可以获得分散良好的金属原子构型,从而产生独特的催化现象,包括活化邻近液态原子和原子迁移引起的活性增强。研究人员利用液态金属溶解锡和镍制备出GaSn0.029Ni0.023液态金属催化剂,以替代固体催化剂合成工艺,使锡和镍原子可迁移到液态金属表面并与菜籽油等输入分子发生反应,Sn从界面突出,而界面层下方的相邻Ni与菜籽油分子精确排列,导致菜籽油分子旋转、破碎并重新组装成更小的有机链(如丙烯等高能燃料),丙烯选择性约为94.5%。相关研究成果发表在《自然·纳米技术》(Nature Nanotechnology)期刊上。

  • 原文来源:https://www.sydney.edu.au/news-opinion/news/2023/11/10/liquid-metals-shake-up-century-old-chemical-engineering-processes.html
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    • 电化学水分解是一种绿色制氢方法。该过程涉及在使用催化剂(反应增强物质)的情况下,通过电力使水分子在电极上发生电化学反应,以产生氢气和氧气。 据外媒报道,佐治亚理工学院(Georgia Institute of Technology)和佐治亚技术研究所(GTRI)的研究人员开发了一种新的水分解工艺和材料,可以充分提高绿色制氢的效率。 佐治亚研究人员开发新型混合催化剂 用于高效绿色制氢 该团队希望以混合材料为电催化剂,降低绿色制氢成本,并使其更耐用。目前,这一过程依赖于铂和铱等贵金属成分,这些元素既昂贵又稀有,是规模化电解制氢的首选催化剂。事实上,据市场研究公司Wood Mackenzie数据,在2020年的氢气年产量中,绿色氢气占的比例不到1%。这在很大程度上是因为催化剂的费用过高。首席研究员Seung Woo Lee表示:“此项工作旨在减少使用贵金属,增加其活性和使用选项。” 该团队强调,通过金属纳米颗粒和金属氧化物之间的相互作用,支持高性能混合催化剂设计。Lee表示:“在新催化剂设计中,研究人员采用更好的氧化物基底,其中使用的贵元素更少。”这些混合催化剂在氧气和氢气(裂解)方面都表现出优异的性能。 纳米级分析 这项工作借助于研究伙伴韩国能源研究所(Korea Institute Of Energy Research)的计算和建模,以及京浦国立大学(Kyungpook National University)和俄勒冈州立大学(Oregon State University)的X射线测量,后者利用了同步加速器,这是一种足球场大小的超级X射线。Lee解释说:“利用X射线,可以在水分解过程中,从纳米尺度上监测催化剂发生的结构变化。研究人员可以探讨其在操作条件下的氧化态或原子构型。” GTRI的研究科学家Jinho Park表示,这项研究可能有助于降低绿色制氢过程中的设备成本门槛。除了开发混合催化剂外,研究人员还微调其控制催化剂形状以及金属相互作用的技能。关键优先事项是,减少系统中使用的催化剂,同时提高其耐久性,因为催化剂在设备成本中占主要部分。 “研究人员希望在不减弱性能的情况下,长期使用这种催化剂。这项研究不仅集中在制造新型催化剂上,还致力于理解其背后的反应机理。这将为该领域的其他研究人员提供重要的见解。” 催化剂的形状问题 据介绍,关键发现在于,催化剂的形状在制氢过程中所起的作用。Park表示:“催化剂的表面结构,对于确定其是否能优化制氢非常重要。因此,研究人员试图控制催化剂的形状,以及金属和基体材料之间的相互作用。” 首先受益的关键应用包括燃料电池电动汽车加氢站(目前只在加州运营),以及微电网。目前,该团队正在与合作伙伴合作,利用人工智能探索高效制氢的新材料。
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    • 记者4日从安徽工业大学获悉,该校曾杰教授、刘明凯教授和中国科学技术大学李洪良副教授合作,开发出一种用于环保电池——锌-空气电池的高效催化剂,有望在未来能源领域发挥重要作用。 该成果1月3日发表在国际权威期刊《自然·通讯》(Nature Communications)上。安徽工业大学为第一完成单位。 锌-空气电池也称为锌-氧空气电池,是一种体积小、质量轻、适用温度范围宽、无腐蚀且工作安全可靠的环保电池。然而,锌-空气电池的正极高度依赖贵金属铂的使用。贵金属铂的储量有限,价格昂贵,进而制约了锌-空气电池的大规模推广。 因此,开发出能够替代贵金属铂且性能优越的正极催化剂,是锌-空气电池领域的关键科学问题。 曾杰领衔的联合研发团队创造性地将化学刻蚀和氮源锚定的方法相结合,制备出高纯度的双原子铁催化剂,并实现了对相邻两个铁原子之间距离的精准调控。研究人员还将该方法拓展应用到一系列非贵金属催化剂中,实现了包括铁、铜、钴、镍、锌、锰等多种非贵金属双原子催化剂的制备。 研究人员将双原子铁催化剂应用在锌-空气电池的正极,用以替代传统的铂金属催化剂。结果表明,这种催化剂表现出优异的催化活性、耐复杂环境能力和长时稳定性。用其组装的锌-空气电池,展示出高达190.6毫瓦每平方厘米的最大功率密度,显著优于传统铂催化剂组装的电池(151.7毫瓦每平方厘米)。 这项工作为开发锌-空气电池用的低成本、高性能催化剂提供了新思路。