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《青岛能源所开发出功能钙钛矿氧化物多孔膜及节能再生技术》

  • 来源专题：中国科学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：2020-02-21

  • 钙钛矿氧化物具有独特的光电及催化活性，在高温催化、气体分离及光催化等领域具有广泛的应用前景。青岛能源所膜分离与催化研究组前期在新型钙钛矿氧化物开发及其催化-膜分离性能研究方面开展了大量工作。近期，该研究组王玉超副研究员采用钙钛矿氧化物La0.7Sr0.3CoO3（LSCO）多孔膜，不仅能够促进高效的太阳光驱动水蒸发，同时可催化降解生物污染物，实现多孔膜的节能再生。

    　　自然水域中往往存在藻类等生物污染物，以及种类繁多的有机污染物。在太阳光驱动的蒸发过程中，污染物会在光热膜中富集生长，造成膜污染，导致膜材料的性能下降。高温降解能够有效去除生物以及有机污染物，是实现膜再生的理想手段。但污染物热分解过程需要较高温度，从而造成能源的巨大耗费。而降低污染物燃烧分解温度能够有效降低能耗，实现膜材料的节能再生，推动光热材料在实际水环境中的应用。
    　　该研究组负责人江河清研究员提出同时利用钴基钙钛矿的催化和光热性能，开发多功能钙钛矿氧化物多孔膜。在以水藻、三聚氰胺为污染物的测试中，LSCO多孔膜显著降低了附着其上的污染物的燃烧分解温度，减少了多孔膜在燃烧过程中再生能耗，达到节能再生的目的。由于钙钛矿氧化物多孔膜高的热稳定性，在多次膜再生循环后性能几乎可以完全恢复。该工作巧妙利用钙钛矿氧化物的光热和催化性能，解决了光热膜在实际应用中的生物污染问题。
    　　该研究工作获得了国家自然科学基金、山东省自然科学基金项目的支持。相关研究结果已发表在Nano Energy杂志上(Nano Energy, 2020, 70, 104538)。（文/图 王玉超）
    　　原文链接
    　　https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285520300951
    　　Multifunctional Perovskite Oxide for Efficient Solar-driven Evaporation and Energy-Saving Regeneration
    　　

    图1.钙钛矿氧化物多孔膜微结构在生物污染和节能再生过程中的变化
     

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  • 《青岛能源所开发出高稳定性的转移加氢催化剂》
    • 来源专题：中国科学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：2020-10-19
    • 　α,β-不饱和醇是重要的有机化工原料，在生产树脂、香料、增塑剂、药物、化妆品和染料等领域具有广泛的应用价值。α,β-不饱和醇可以通过α,β-不饱和醛的加氢反应获得，但是该过程中容易出现过度加氢的现象，导致不饱和醇的产率低，分离困难，成本增加。均相催化剂的使用可以提高α,β-不饱和醇的选择性，但是后处理工艺复杂，催化剂成本高。近年来，相比于以氢气为氢源的加氢途径，以低级醇为氢源的转移加氢途径不需要高压设备、安全可靠、易于操作，引起人们的广泛关注。相关研究表明NiO、Co3O4、LaFeO3和CuO等金属氧化物在转移加氢反应中具有优异的活性和选择性。但是，如何提高金属氧化物催化剂在转移加氢的还原性氛围中的稳定性仍存在巨大挑战。 　　近日，青岛能源所王光辉研究员带领的多孔催化材料研究组联合中国科学技术大学张文华副教授报道了一种新型的、具有空心结构的Ni-Al水滑石基金属氧化物催化剂，该催化剂在α,β-不饱和醛转移加氢制备α,β-不饱和醇反应中表现出优异的活性、选择性以及稳定性。首先，该工作通过硬模板的方法（图1a），构筑了Ni-Al基氧化物空心结构（图1b-h），提高了催化剂的比表面积、孔隙率，增加了催化剂暴露的活性位点，同时有利于反应的传质扩散。另外，由于Niδ+（2<δ<3）型酸-碱活性位的形成，Ni-Al基氧化物催化剂经过循环使用12次，没有失活现象，表现出优异的催化稳定性，而且循环过程中α,β-不饱和醇的选择性始终大于99%（图1i-m）。进一步，Ni-Al基氧化物及转移加氢体系对于多种α,β-不饱和醛的转移加氢反应均表现出优异性能，具有很好的工业化应用前景。 　　上述工作发表在《Journal of Materials Chemistry A》杂志上（DOI: 10.1039/D0TA08363A），第一作者是青岛能源所的潘政宜博士，通讯作者是中国科学技术大学张文华副教授和青岛能源所的王光辉研究员。该工作得到国家自然科学基金和山东省自然科学基金等项目的资助。
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  • 《青岛能源所开发出一系列电化学制氢纳米电催化剂》
    • 来源专题：中国科学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：2019-11-11
    • 　氢能作为一种清洁、高效、可持续的能源，因具有高质量能量密度、燃烧产物无污染、利用率高等优点，受到世界各国高度重视，被誉为21 世纪最理想的新能源。电解水制氢是一种重要的制氢技术，但在实际制氢过程中，制氢效率较低。因此，科学家们一直致力于研发高性能电解水催化剂，以期实现高效制氢。 　　梁汉璞研究员带领的能源材料与纳米催化研究组致力于探索合成具有高性能的纳米催化剂，应用于相关领域。近来，在电化学制氢领域取得一系列进展： 　　1）研发出一种新颖的“快速还原-原位相转变”策略，在商业炭（VulcanXC-72）载体上成功制备出具有丰富活性位点的纳米级超薄钴铁（CoFe）双金属羟基氧化物。本研究为在温和条件下制备分散均匀的多金属电催化剂提供一种全新的策略（ACS Applied Materials & Interfaces .2019; 11 (29): 25958-25966）； 　　2）成功将介孔超薄钴氧化物（CoOx）纳米片生长在碳纸上，并将生长氧化钴纳米片的碳纸直接作为工作电极，研究了其电催化析氧性能。本研究为大规模制备具有高活性的析氧反应工作电极供了一种全新思路（ACS Applied Energy Materials. 2019;2(3):1977-1987）； 　　3）采用简单且低成本的电氧化方法成功地合成了3D多孔铁钴（FeCo）双金属羟基氧化物（3D-FeCoOOH/CC）直接作为高效电极电催化析氧反应，对于析氧反应具有34.9 mV dec-1的塔菲尔斜率，优于商业氧化铱（IrO2）催化剂（Chin J Catal.2019;40:1540-1547）； 　　4）以Co（钴）金属纳米颗粒为牺牲模板，成功制备出了空心铑（Rh）纳米球，与文献中所报道的铑基催化剂以及商业铑碳（Rh/C）催化剂相比，在电催化析氢过程中表现出良好的催化性能（Electrochimica Acta. 2018; 282: 853-859）； 　　5）将合成得到的表面光滑的CoEGAc（钴的有机配合物）纳米盘作为析氧反应电催化剂，经过电化学氧化一定时间，CoEGAc纳米盘生成纯相多孔羟基氧化钴（CoOOH）纳米盘，并表现出优异的电催化析氧性能。本实验提供了直接实验证据证明CoOOH是钴基催化剂在碱性条件下析氧反应过程中的稳定活性晶相。（Electrochimica Acta. 2019; 303: 231-238）。
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