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光电催化有机污染物降解协同产氢
基于目前世界上亟需解决的环境污染和能源危机两大问题，开发一种同时净化环境与能源转化的装置将具有巨大的应用潜力。因此对于水体环境污染处理和清洁能源生产本课题组已开发出有效的技术——光电催化有机污染物降解协同产氢。开发了新型金属氧化物纳米管阵列异质结杂化光电催化体系,在电场诱导下，使光生电子与空穴分别于阴极和阳极氧化降解有机污染物与析氢，实现光电催化同步去污与制氢。通过增强纳米管阵列与基底相互作用，纳米管本体结晶度提高或单晶化，纳米管管壁表面形成异质结光催化杂化体系和导电碳基材料的修饰等途径，提高光生电子传输速率，促成电子与空穴有效分离，拓宽体系的光响应范围，提高光的吸收效率与量子效率。结合表征等手段及分析，阐明光电催化体系的构效关系，设计出高效、稳定的新型光电催化构筑应用于污水的资源化。通过两个反应过程的相互促进，不仅提高了光催化效率，而且符合变“废”为宝的绿色能源化学理念；构建了新型光催化反应器和高性能光电催化剂；发展了光电协同催化理论在同步去污-制氢反应中的应用。
上海理工大学
2023-05-09
钼硫化物碳纳米复合材料电催化析氢催化剂项目
氢能源是高效的绿色能源，如何低廉高效的大规模生产是制约其应用的一个关键因素。近年来，电解水制氢受到学术界广泛关注，寻找廉价高效的非铂电催化剂成为时下研究热点。本项目分别采用辐射法及水热法制备了钼硫化物/碳纳米复合材料,其催化析氢性能优于商用Pt/C（20%Pt）催化剂，而且具有良好的催化稳定性,适合大规模制备。
北京大学
2021-02-01
钼硫化物/碳纳米复合材料电催化析氢催化剂项目
氢能源是高效的绿色能源，如何低廉高效的大规模生产是制约其应用的一个关键因素。近年来，电解水制氢受到学术界广泛关注，寻找廉价高效的非铂电催化剂成为时下研究热点。本项目分别采用辐射法及水热法制备了钼硫化物/碳纳米复合材料, 其催化析氢性能优于商用Pt/C（20%Pt）催化剂，而且具有良好的催化稳定性, 适合大规模制备。应用范围 本项目实现了低成本电催化析氢催化剂钼硫化物/碳纳米复合材料的制备，可取代贵金属Pt/C催化剂，应用于电催化析氢领域。研究成果可直接用于电解水制氢、氢燃料电池及相关电动设备。
北京大学
2021-04-13
高毒性、低阈值VOCs新型光电催化氧化净化技术
所属领域：新能源与节能环保成果介绍：针对化工行业高毒性、低阈值VOCs，研发新型光电催化氧化技术，大大提高VOCs的去除效率，减少污染物的排放。
南京工业大学
2021-04-14
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
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
面向太阳能燃料制备的高效光电催化材料
哈尔滨工业大学
2021-04-14
难降解有机废水纳米光电催化降解技术与应用
本项目研发“微米芯片光源”、“纳米吸附催化”、“电芬顿”技术高效集成的水污染物深度净化装置。该项目立足先进技术集成，与现有污水处理工艺兼容，实现传统环保设备的升级和设施的提标改造，围绕我省钱塘江流域年创收可达数亿元；相关技术转让费用千万元以上。项目已获得的成果有授权发明专利 2项，实用新型专利 2 项，已制备了一套难降解有机废水光催化反应装置。为满足高污染污水处理厂较大日处理能力的需求，在浙江恒成实业有限公司将技术与设备进一步组合和放大，为实现实际水处理工程建设奠定基础。同时提升重点水域污染控治水平，满足水环境质量和饮水安全要求，实现污染物减排、促进经济发展模式优化和社会经济可持续发展。
浙江理工大学
2021-04-11