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细颗粒物有望,浙大研发单原子OER催化剂

By admin in 化工塑胶 on 2019年11月2日

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5月13日电
记者从浙江大学获悉,该校化学工程与生物工程学院侯阳研究员,通过将高度分散的镍单原子锚定在氮—硫掺杂的多孔纳米碳基底,设计开发出了一种单原子OER催化剂,能使电/光电催化水裂解析氧反应更加高效,从而提升氢气制备的效率。这种新型催化剂可降低80%的制氢成本,并大幅提升OER反应的稳定性。该成果已被知名学术期刊《自然通讯》在线报道。

5月13日,记者了解到,在国家自然科学基金委、科技部和中国科学院的支持下,中科院化学研究所分子纳米结构与纳米技术重点实验室胡劲松课题组致力于高性能非贵金属电催化剂的设计、可控构筑与催化机制研究。他们近年在非贵金属电解水催化剂高本征活性位点的设计与调控、高密度高活性有效催化位点的设计与可控构筑、基元反应导向的高活性位点组合设计、高速传荷与传质的三维网络结构电极设计等方面取得了系列进展(ACS
Nano, 2016, 10, 851; J. Am. Chem. Soc., 2017, 139, 8320; Angew. Chem.
Int. Ed., 2017, 56, 6572; Adv. Mater. 2017, 29, 1703311; Adv. Sci.,
2017, 4, 1700084; Adv. Energy Mater. 2018, 8, 1800734; Adv. Energy
Mater. 2018, 8, 1801698; Adv. Funct. Mater. 2018, 28, 1704594; Small
Methods 2019, 3, 1800317)。

5月13日,记者了解到,来自华中科技大学煤燃烧国家重点实验室的一项最新研究表明,运用该团队发明的新型化学团聚强化除尘技术,可有效控制燃煤电厂飞灰细颗粒物排放。业内评价,这项技术是降低煤炭燃烧产生PM2.5细微颗粒等污染物的重大突破。

通过水裂解产生氧气,进而形成氢气,是最常见的氢气制备方法,其产生的电/光电催化析氧反应(OER),会限制整体的能量转换效率。此前有科研人员研究出了金属铱作为催化剂来提升反应效率,但其价格十分昂贵。因此,研制出既保证催化效果又价格低廉的替代品,成了学界面临的难题。

近期,他们发展了一种新的原位电化学转化策略,通过原位非金属Se掺杂实现了低成本、高性能的铁基析氧电解水催化剂,相关结果发表于J.
Am. Chem. Soc., 2019, 141, 7005,并入选杂志封面。

该研究团队在国家能源集团丰城发电有限公司进行了工业应用工程试验。试验结果表明,喷入团聚剂前,颗粒物平均浓度为18毫克/立方米左右。喷入团聚剂后,全年运行数据表明,颗粒物平均浓度降至3.7毫克/立方米,优于国家最新超低排放标准。

氢能是一种二次能源,它是通过一定的方法利用其它能源制取的,而不像煤、石油、天然气可以直接开采,今下几乎完全依靠化石燃料制取得到,如果能回收利用工程废氢,每年大约可以回收到大约1亿立方米,这个数字相当可观。

氢能是一种理想的能源载体,开发大规模、廉价、清洁、高效的制氢技术是氢能有效利用的关键。电解水由于环境友好、产品纯度高以及无碳排放而成为具有应用前景的绿色制氢方法之一。限制电解水制氢大规模应用的最重要瓶颈是如何大幅降低其电能消耗,因而大幅降低制氢成本。其关键是发展廉价、易制备的高性能非贵金属电解水催化剂,有效降低电极上析氧反应(OER)和析氢反应(HER)的过电位,实现在低槽压下的大电流产氢。

研究团队主要负责人、华中科技大学能源学院博士生导师张军营介绍,随着我国排放标准的提高和除尘减排技术的进步,看得见的排放物大大减少,看不见的飞灰细颗粒物成为除尘的重点,其治理难度远大过粗颗粒物。特别是煤炭燃烧会产生大量飞灰细颗粒物,造成的空气污染给人类健康及生存环境带来巨大影响。而现有的颗粒物排放控制技术,包括静电除尘和布袋除尘,只能脱除99%粒径大于2.5微米的粗颗粒物,对细颗粒物的脱除效果并不理想。

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