单原子催化剂在电催化还原CO2中的应用进展

化石燃料燃烧产生的温室气体CO2引发的环境问题一直是人们关注的热点.为缓解温室气体带来的环境危机和不可再生能源的枯竭,急需研究出高效处理CO2新技术.电催化还原CO2是将CO2资源化无害化的一条有效途径,该技术可行性关键取决于开发高活性和选择性的催化剂,单原子催化剂因其具有高活性、高选择性、高稳定性、可以重复循环使用等...     

多尺度镍-氮-碳催化剂在电还原CO_2生成CO中的研究进展（英文）

电化学CO_2还原(ECR)作为一种清洁的CO_2转化技术,倍受关注。开发高效的电催化剂是影响和决定ECR技术发展的关键。碳基材料具有来源丰富、比表面积高、孔隙率大、维数尺度多和活性位点可调等优点,是理想的ECR电催化剂之一。其中,金属镍-氮-碳(Ni-N-C)材料由于其活性位点丰富、选择性高等特点,在ECR生成CO的过程中展现出巨大的优势和应用潜力。本文介绍了ECR反应的基本原理和主要性能参数,综述了近年来国内外有关多尺度Ni-N-C催化剂在ECR反应生成CO中的研究进展。详细介绍了Ni-N-C催化剂碳骨架/基底的种类,主要包括小尺度碳质材料、一维(1D)碳质材料、二维(2D)碳质材料和纳米多孔碳质材料。讨论了Ni-N-C催化剂在电还原CO_2生成CO应用过程中存在的问题。最后,展望了Ni-N-C催化剂在ECR体系中的挑战与应用前景。     

CuO/ZnO复合电催化剂的制备及其还原CO2制合成气

二氧化碳(CO₂)还原制备合成气(CO和H₂混合气), 不仅可以实现碳循环降低温室效应, 而且能缓解能源危机。而实现CO₂资源化利用的关键在于催化剂设计。本研究采用金属离子共沉淀法制备了CuO及CuO/ZnO复合氧化物纳米材料, 通过调节催化剂组分, 探究其在不同电势下电化学CO₂还原制备合成气的性能。结果表明: 引入锌(Zn)物种可以减弱中间物CO₂^•-在催化剂上的吸附强度, 导致CO的法拉第效率(FE)降低, 氢气FE增加, 从而实现不同电势下合成气CO/H₂在1/1~1/4范围内的可控调节。尤其是, 当前驱液中铜和锌配比为1 : 2时, 在-0.9 V (vs. RHE)的电势下, CO和H₂总FE高达84%。     

铜离子价态对铜基催化剂光/电催化CO2还原性能影响的研究进展

在双碳目标下,实现CO₂光/电催化还原是缓解温室效应和提高碳资源利用率的一种前瞻性策略。然而,由于涉及多质子耦合的电子转移、碳碳偶联和氢化等过程,提高CO₂还原反应的转化产率和对单一产物的选择性仍然面临着重大的挑战。由于Cu与CO具有良好的结合能,因此铜基催化剂在提升CO₂的还原效率方面极具应用前景。本文以纳米级铜基催化剂为切入点,讨论不同价态的铜离子作光/电催化剂时,催化剂形貌、元素掺杂、与其他材料复合对CO₂还原过程的影响,着重论述目前研究中不同形貌、掺杂元素和复合催化剂在反应过程中对含Cu²⁺,Cu⁺,Cu⁰三种铜离子的催化作用,以及对还原产物的选择性和相应的法拉第效率的影响,最后对铜基催化剂未来的研究重点提出一些建议,包括Cu离子价态对生成多碳产物的机理分析、高效且有单一选择性的催化剂制备、采用先进技术进行产物种类调控。     

金属有机框架材料用于光催化CO2还原的研究进展

CO₂光催化还原转化为有价值的碳氢燃料和化工原料是达成“碳中和”目标的重要途径。金属有机框架材料(MOFs)是一种由有机配位体和金属离子或团簇通过配位键形成的有机-无机杂化材料,具有超高的比表面积、可调的孔结构,并易于功能化修饰,在CO₂光催化还原反应中展现出良好的应用前景。总结了基于MOFs的新型功能材料绿色光催化CO₂还原的最新研究进展,探讨了改性及功能化MOFs材料及MOFs衍生物的光催化CO₂还原反应机理,并从理化特性上分析了材料性能优势的成因。总结了提高光催化还原CO₂反应的活性和选择性的策略。在此基础上,对这类新型催化剂面临的主要问题和未来发展进行了总结与展望。     

掺氮多孔碳在二氧化碳吸附分离中的应用

CO₂作为温室气体, 其捕集和存储有着重要的现实意义。多孔碳材料掺杂N原子后可以极大地改变材料的表面化学性质, 增强表面碱性, 在CO₂吸附领域具有广泛的应用。基于N掺杂最新研究进展, 本文系统地介绍了原位、后处理等掺N方法和不同孔道结构对CO₂吸附分离或扩散传质的影响, 总结归纳了材料的物理结构参数、表面化学性质与CO₂吸附分离性能的关系, 指出了各种制备方法存在的问题及解决的方法, 为高性能的CO₂吸附剂的定向设计、制备以及工业化提供了理论参考。     

单原子催化剂的合成及在环境治理中的研究进展

在污染日趋严重的今天,环境催化技术愈发重要。催化剂催化性能与其活性位点息息相关,传统纳米催化剂因原子间堆叠导致有效活性位点不足。近年来,具有单位点、100%原子利用率及特殊电子结构的单原子催化剂(SACs)受到广泛关注,有望提高反应催化效率。总结了SACs的合成策略,梳理了其近年来在CO₂还原、CH₄部分氧化及有机物降解等环境领域的应用,并对其未来发展进行展望。     

CsPbBr3钙钛矿的光催化CO2还原研究进展

探索绿色发展、解决能源危机已成为近年来商业发展的趋势。金属卤化物钙钛矿因其独特的光催化性能而备受关注。其中,CsPbBr₃钙钛矿具有较高的光催化活性和优异的稳定性,在光催化CO₂还原方面发展迅速。在能源发展趋势下,减少碳排放和催化还原CO₂作为燃料是研究热点和主要途径。然而,纯CsPbBr₃较差的CO₂吸附还原能力、严重的电荷复合和较低的电荷效率严重阻碍了钙钛矿光催化的商业化。为了解决纯CsPbBr₃材料光催化中的一系列问题,对CsPbBr₃钙钛矿进行表面改性或构建多组分复合材料是目前最经济、最有前景的解决方案。本文讨论了CsPbBr₃钙钛矿的光催化反应原理及所面临稳定性和还原能力的阻碍,对CsPbBr₃钙钛矿及其复合物的光催化CO₂还原研究进行了系统的回顾。最后对构建更加稳定、高效及可持续性的CO₂还原光催化剂新的探索方向进行了展望。     

三嗪基氮掺杂碳材料的制备及其在超级电容器中的应用研究

通过三聚氯氰(TCT)与对苯二胺(PPD)反应,成功合成了基于三嗪结构制备的微孔聚合物,然后在700～1000℃的环境下对微孔材料进行煅烧。结果表明,经900℃碳化的N-CTF-900样品的电化学性能最好,当电流密度为1A/g时,比电容为264.2F/g。经过10000次充放电循环,电容保持率达91.0%,展示出良好的循环稳定性和倍率性能,可作为超级电容器的电极材料。此外,随着碳化温度的升高,样品的碳化程度、电导率、孔隙率和微孔体积均增大。     

离散-连续混合多尺度模型在计算流体力学中的应用进展

综述离散-连续混合多尺度模型在计算流体力学中的应用研究进展,介绍混合多尺度模型的研究意义、建立方法及发展进程;重点评述混合直接蒙特卡洛方法及纳维叶-斯托克斯方程的方法在稀薄气体流动研究中的进展和混合分子动力学方法及纳维叶-斯托克斯方程的方法在纳微液体流动研究中的进展;简单介绍其他混合多尺度方法;总结混合多尺度模型的优缺点并展望其未来研究方向。     

镍-磷-碳-氧化学镀层的制备、表征及1,4-丁炔二醇在体系中的作用

以铜片为基体,采用中心组合规则得到优化的化学镀镍-磷工艺配方.在优化的配方中加入一定量的1,4-丁炔二醇(BOZ),所得镀层表面形貌及组成结构用扫描电镜与X射线衍射仪进行表征,得到了光亮的Ni-P-C-O镀层,镀层硬度高,耐酸蚀性强;探讨了BOZ在反应体系中的作用机理.结果表明,BOZ不仅是光亮剂,而且参与该体系的氧化还原反应,BOZ分解反应的宏观动力学表现为准一级;当BOZ的初始含量为60～123 mg/dm3时,其参与氧化还原的量与温度和初始浓度呈正相关性,温度起主导作用;当BOZ的初始含量为123～240 mg/dm3时,其参与氧化还原的量与温度和初始浓度呈负相关性,浓度起主导作用.     

储氧材料Ce0.6Zr0.4-xPrxO2-δ的性能及在三效催化剂中的应用

采用溶胶-凝胶法制备了系列三效催化剂储氧材料Ce0.6Zr0.4-xPrxO2-δ（x=0．05，0．10，0．15）。X射线衍射证实形成的固溶体为萤石型立方相结构；BET比表面积分析表明，随着Pr的掺杂量由x=0．05递增到工=0．15，在650℃焙烧的样品其比表面积由66．5增加到79.9m^2／g，而未掺杂样品Ce0．6Zr0.4O2的比表面积为65．1m^2，g；粒度分布及透射电镜分析发现，制备的固溶体在水相中存在着团聚现象。应用在含有Pt，Rh和Pd的三效催化剂的制备。催化活性测试表明，在铈锆氧化物储氧材料中掺杂少量Pr，可降低三效催化剂对CO、C3H6和NO的起燃温度。不论是在富燃区还是在贫燃区，所有掺杂Pr的三效催化剂对各气体的催化转化率均高于未掺杂Pr的三效催化剂。     

ZIF-67衍生Co-NC多孔碳材料的可控制备及其在锂-硫二次电池中的应用研究

以ZIF-67为模板制备了一系列具有不同金属Co负载量的S/Co-NC复合材料, 并将其应用于锂-硫电池正极中进行电化学性能研究。采用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)对Co-NC材料的多面体形貌及多孔结构进行表征; 采用X射线衍射(XRD)分析了Co-NC中金属Co的结晶状态; 采用氮气吸脱附方法分析了Co-NC材料的比表面积及孔结构。研究表明, 当刻蚀时间为48 h, 即Co含量为15.93wt%时, 复合硫正极呈现出最佳的循环性能以及倍率性能, 在0.2C电流密度下从第50圈到200圈循环的容量保持率为94.84%, 5.0C高倍率下的放电比容量为718.8 mAh?g ^-1。     

Fe2O3在氧化铝碳热还原-氯化法炼铝过程中的行为分析

在中真空(15~100 Pa)、993~1723 K下,采用X射线衍射、扫描电镜及能谱仪等分析手段对Fe2O3在氧化铝碳热还原及氯化过程的行为以及Fe2O3的添加量对产物金属铝的直收率的影响进行了研究。结果表明:在碳热还原过程中、不通入氯化铝气体时:当温度低于1273 K,Fe2O3逐渐与C反应生成Fe;当温度处于1273~1473 K之间,Al2O3发生晶型转变;当温度处于1473~1623 K之间,有Fe3C生成;当温度处于1723 K,由于生成的Fe3C与剩余的Fe形成熔体,包裹Al2O3与C,使Al2O3与C反应生成大量的Al3C4及Al4O4C。通入氯化铝发生氯化反应后,此时有金属铝生成,并且在冷凝物中未发现含Fe物质。在1723 K下,物料中添加适量的Fe2O3可以降低氧化铝真空碳热还原反应的温度,提高反应的速率从而提高铝的产率。