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高铱单原子负载氧化镍用于高效电催化析氧
近日，南方科技大学材料科学与工程系副教授谷猛课题组、物理系副教授徐虎课题组联合俄勒冈大学教授冯振兴团队在单原子催化领域取得重要进展，相关研究成果在国际顶级学术期刊《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society）上在线发表，并被选为封面论文。论文题目为“高铱单原子负载氧化镍用于高效电催化析氧（Ultrahigh-loading of Ir single atoms on NiO matrix to dramatically enhance oxygen evolution reaction）”。谷猛介绍，负载量难以提高是目前单原子催化剂发展的主要瓶颈之一，而这项研究不仅将单原子负载质量分数提高至18%，获得了目前同类材料报道中的最高负载量，还能使催化剂维持较高的活性和稳定性。另外，谷猛课题组博士后王琦通过这种方法，进一步获得了高负载量的Mn、Fe、Co、Ru、Ir、Pt等单原子掺杂NiO，验证了该制备方法的普适性，为单原子催化剂的研究提供了更实用且可靠的研究思路。
南方科技大学
2021-04-11
常温常压水相电催化合成氨的研究
合成氨工业对国民经济与社会发展具有举足轻重的作用。目前，每年全球氨产量已超过亿吨，其中大部分用于农业生产以解决粮食与温饱问题，其它部分用作重要的工业原料。此外，氨还具有含氢量高（质量比达17.6%）、易液化等优点，有望成为重要的清洁储氢与储能材料，具有广阔的应用前景。然而，由于氮气分子非常稳定且难以活化，温和条件下合成氨反应难以迅速进行。工业上广泛采用的Haber-Bosch方法通过高温高压（300–500摄氏度，100–200个大气压）等苛刻条件来促使高纯氢气和氮气在铁基催化剂表面进行反应生成氨，其能量和氢气都来自于化石燃料（如甲烷等），表现出高能耗、高化石燃料消耗和高二氧化碳排放等缺点。合成氨工业消耗全球每年3–5%的甲烷与1–2%的能源供给，并产生1.6%的二氧化碳排放。寻找合适的绿色替代方案，在温和条件下实现高效、低能耗、低排放合成氨，成为亟待解决的科学挑战。 电催化氮还原反应（总反应为N2 + 3H2O 2NH3 + 1.5O2）提供了一种可持续合成氨的新路径。该反应在常温常压下即可进行，以大量易得的水与氮气（空气）作为反应原料，以可持续能源（太阳能，风能等）产生的电能作为能量来源，即可实现“零排放”合成氨。因此，不论是作为传统Haber-Bosch方法的潜在替代者还是作为新型清洁能源体系的重要组成部分，电化学合成氨技术都具有极大的发展潜力与广阔的应用前景。 然而，电化学合成氨技术仍面临重大挑战，其发展严重受制于现有催化剂非常低下的选择性与活性。若要将该技术实用化，就必须同时大幅提升催化剂的选择性与活性。然而，现有研究经验与理论表明，该反应催化剂普遍面临严重的“选择性-活性”两难问题：具有理论高活性的催化剂通常会导致激烈的析氢副反应，从而表现出低的反应选择性；而可能具有高选择性的催化剂对氮的吸附又过强，导致产物难以脱附，表现出过低的反应活性。因此，为取得电催化合成氨研究进展，大幅提高催化剂的选择性与活性，就必须突破现有理论，发展新型催化剂与催化体系。
北京大学
2021-04-11
一种利用全细胞催化合成海藻糖的方法
成果简介： 利用基因工程手段将含有海藻糖合酶的基因导入到大肠杆菌BL21中得到重组大肠杆菌，发酵培养能大量生产海藻糖合酶的重组细胞，通过使用生物表面活性剂对重组细胞进行通透性处理，经处理的细胞以麦芽糖为底物合成海藻糖。经透性化处理的大肠杆菌以25 %-35 %的麦芽糖为底物合成海藻糖。在20-25 ℃反应16-20 h底物的转化率可达到55 %
南京工业大学
2021-01-12
一种低温等离子体改性催化剂装置
本实用新型涉及一种低温等离子体改性催化剂装置，所述装置包括石英管、高压电极和接地电极，高压电极通过聚四氟乙烯套与石英管相连，接地电极包裹在石英管外表面，与地线相接，所述高压电极是一根放置在石英管轴线的不锈钢棒，其与高频交流电源相连；石英管的放电区域填充有催化剂。将催化剂装填在低温等离子体改性催化剂装置中进行改性具有操作简便，流程短，易于实现自动控制，稳定性好，清洁无污染等优点，是一种用时短，温度低，能耗小的工艺；在本实用新型装置中改性后的催化剂的催化活性较好，改性后的催化剂有较高的甲硫醚催化氧化活性，360℃催化氧化效率最高可达90％以上；本实用新型方便实际生产应用，具有较高的工业应用价值。
浙江大学
2021-04-13
低温等离子体协同催化技术应用于废气处理
利用低温等离子体 - 催化协同技术降解空气中有机污染物的多相催化成为了一种较理想的环境治理新技术，该技术将低温等离子体技术和催化净化技术有机地结合起来，充分发挥二者之间的协同作 用，同时克服了两者各自的缺陷，因此具有良好的发展空间。项目主要创新点为采用催化技术与等离 子体技术协同去除废气开展研究工作，可在提高污染物去除率的前提下同时降低能耗，如在外加电压20kV，外加频率300Hz 的条件下，甲苯降解率可达到 85%；当在等离子体场中添加催化材料后，在同样条件下甲苯的降解率可达到 95% 以上；此外反应副产物臭氧、氮氧化物等浓度显著降低，为该项技术实现工业应用提供理论基础。已在北京小武基垃圾转运站进行了中试试验，结果表明，该技术可成 功用于恶臭气体的处理，对于H2S、NH3 和臭气浓度的去除效果可分别达到 75%、86% 和 93%，取得了良好的环境效益和社会效益。
北京工业大学
2021-04-13
基于气态污染物高效降解的光催化技术及组件
室内空气污染来源复杂，呈现低浓度、难降解、长期存在的特点，而采用传统技术难以达到长久 抑制环境毒素的目的。本项目开发出高效的纳米光催化材料，旨在利用光催化技术将光能转化成化学 能，将各类有机毒素、病毒分解、矿化，转化为无毒的无机物，达到环境净化的目的。光催化效率较 目前商业化光催化剂提高1-2 个数量级，具有高催化效率、长寿命的优点。获 2 项中国发明专利（公开），发表论文 8 篇。
北京工业大学
2021-04-13
新一代价廉高效空气电池用电催化材料
设计合成了C/ a-MoC /Ag三组元复合电催化剂，巧妙利用高度石墨化多孔碳矩阵的高导电性、a-MoC的稳定性、Ag纳米团簇的单分散性和优越氧吸附特点，C、a-MoC和Ag之间相互作用产生有效协同效应，使得C/ a-MoC/Ag复合催化剂具有可以与贵金属铂媲美的电化学氧还原性能。通过旋转圆盘电极测试了C/ a-MoC/Ag新型复合催化剂在碱性条件下的氧还原电催化性能（如图1），C/α-MoC/Ag的半波电势迁移到电势更正的位置（−0.145 V ），这表明氧分子还原性能由于C/α-MoC和Ag之间的协同作用得到了很大的提升。尽管Pt/C电极产生了更正的半波电势（-0.125V），但是C/α-MoC/Ag复合催化剂在-0.8V的质量传递限制电流密度相比Pt/C来说增长的斜率更大。更重要的是Ag在C/MoC/Ag中的含量仅为百分之6.7，相对于20%Pt/C来说极具有商业应用价值。为了进一步阐明C/α-MoC/Ag的协同效应，他们利用DFT理论研究了氧气分子在a-MoC(001)负载Ag纳米颗粒的吸附行为（图2），结果表明，相对于纯的a-MoC(001)面比较来说，少量Ag负载后，整个基地表面上氧气分子的活化能均大大降低(>0.28eV)，充分说明了复合催化剂C/α-MoC/Ag三成分之间的有效协同效应。此研究为设计新一代价廉高效空气电池用电催化材料提供了新思路。
南方科技大学
2021-04-13
高效的二氧化碳电催化剂
通过将酞菁铜（CuPc）分子与碳纳米管复合，得到了高效的二氧化碳电催化剂。它可以在较低过电位下将二氧化碳高选择性地还原为甲烷，其法拉第效率达到66%（图3），是目前产甲烷的活性最高的电催化材料。不同于该课题组此前报道的单分散的CoPc/CNT催化剂（Nat. Commun. 2017,8,14675），CuPc分子晶体以堆积状态分散于CNT之中（图3b）。原位在线X射线吸收（XAS）研究发现，堆积状态下的CuPc分子在催化工作电位下会自发转变为尺寸为2nm左右的铜纳米团簇，是高催化活性位点；当停止催化反应后，铜纳米团簇又会可逆地回到CuPc分子结构（图3c-e）。不同于CuPc，另外两种铜配合物HKUST-1和[Cu(cyclam)]Cl2在催化反应电位下都不可逆地转变为金属铜微米枝晶，因此催化活性和选择性远低于CuPc/CNT
南方科技大学
2021-04-13
基于气态污染物高效降解的光催化技术及组件
北京工业大学
2021-04-14
一种高性能乙烷氧化脱氢制乙烯催化剂
成果创新点 用于乙烯生产。乙烯是世界上产量最大的化学产品之 一，是一种重要的化工基础原料，目前石油化工产品中约 有 75%都是乙烯生产的，乙烯产品占有机化学品的 40%以上； 传统乙烯制备工艺为石脑油、乙烷蒸汽裂解技术，存在高 能耗以及副产物排放的问题。 传统乙烷蒸汽裂解生产乙烯方法反应温度在 1000 摄氏 度左右，能耗高；本方法反应条件温和，乙烯收率达到工 业生产要求，具有一定的市场前
中国科学技术大学
2021-04-14