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從水中高效批量生產(chǎn)氫即將成為現(xiàn)實

ss ? 來源:前瞻網(wǎng) ? 作者:前瞻網(wǎng) ? 2021-01-13 17:08 ? 次閱讀

根據(jù)俄勒岡州立大學(xué)工程學(xué)院以及康奈爾大學(xué)和阿貢國家實驗室的研究人員一項新研究,從水中高效批量生產(chǎn)氫即將成為現(xiàn)實。

科學(xué)家們利用先進(jìn)的實驗工具,對電化學(xué)催化過程有了更清晰的認(rèn)識,這種過程比從天然氣中提取氫氣更清潔、更可持續(xù)。研究結(jié)果發(fā)表在的《科學(xué)進(jìn)展》雜志上。

氫存在于地球上各種各樣的化合物中,最常見的是與氧結(jié)合生成水,它在科學(xué)、工業(yè)和能源方面發(fā)揮著許多作用。它也以碳?xì)浠衔锏男问酱嬖?,這是由氫和碳組成的化合物,如天然氣的主要成分甲烷。

領(lǐng)導(dǎo)這項研究的俄勒岡州立大學(xué)化學(xué)工程教授Zhenxing Feng說:“氫的生產(chǎn)對我們生活的許多方面都很重要,比如汽車的燃料電池和許多有用的化學(xué)物質(zhì)的制造,比如氨。”“它還被用于金屬精煉,生產(chǎn)塑料等人造材料,以及一系列其它用途?!?/p>

根據(jù)美國能源部的說法,美國通過一種被稱為蒸汽-甲烷重整的技術(shù),從甲烷來源(如天然氣)中生產(chǎn)大部分氫氣。該過程包括將甲烷置于有催化劑的加壓蒸汽中,產(chǎn)生氫氣、一氧化碳以及少量二氧化碳的反應(yīng)。

下一步是水氣轉(zhuǎn)換反應(yīng),一氧化碳和蒸汽通過不同的催化劑反應(yīng),產(chǎn)生二氧化碳和額外的氫氣。在最后一步,變壓吸附,二氧化碳和其它雜質(zhì)被除去,留下純氫。

Feng教授說:“與天然氣重整相比,利用可再生能源發(fā)電來分解水制氫更清潔、更可持續(xù)?!薄叭欢?,分解的效率很低,主要是由于過程中一個關(guān)鍵的半反應(yīng),即析氧反應(yīng)(OER)的高過電位(電化學(xué)反應(yīng)的實際電勢和理論電勢之間的差值)?!?/p>

半反應(yīng)是氧化還原或還原-氧化反應(yīng)的兩個部分之一,其中電子在兩個反應(yīng)物之間轉(zhuǎn)移;還原是得到電子,氧化是失去電子。

半反應(yīng)的概念經(jīng)常被用來描述電化學(xué)電池中發(fā)生的事情,而半反應(yīng)通常被用來平衡氧化還原反應(yīng)。過電位是理論電壓和產(chǎn)生電解所需的實際電壓之間的界限,電解是由電流驅(qū)動的化學(xué)反應(yīng)。

“電催化劑是通過降低過電位來促進(jìn)水分解反應(yīng)的關(guān)鍵,但開發(fā)高性能的電催化劑遠(yuǎn)非易事。”Feng說,“主要的障礙之一是缺乏關(guān)于電化學(xué)操作過程中電催化劑結(jié)構(gòu)演變的信息。了解OER期間電催化劑的結(jié)構(gòu)和化學(xué)演變,對于開發(fā)高質(zhì)量的電催化劑材料以及能源的可持續(xù)性至關(guān)重要。”

Feng和合作者使用了一套先進(jìn)的表征工具來研究最先進(jìn)的OER電催化劑,銥酸鍶(SrIrO3)在酸性電解質(zhì)中的原子結(jié)構(gòu)演變。

Feng說:“我們想了解它的活性是普通商業(yè)催化劑氧化銥的1000多倍,創(chuàng)歷史新高的原因?!?/p>

“利用阿貢同步加速器x射線設(shè)備和OSU西北納米技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施的實驗室x射線光電子能譜,我們在OER期間觀察了SrIrO3的表面化學(xué)反應(yīng)和晶體到非晶態(tài)的轉(zhuǎn)變?!?/p>

這些觀察使人們對銥酸鍶能夠如此出色地充當(dāng)催化劑的原因有了更深的理解。

他說:“我們詳細(xì)的、原子尺度的發(fā)現(xiàn)解釋了活性銥鍶層是如何在銥鍶上形成的,并指出了晶格氧活化和耦合離子擴(kuò)散對活性O(shè)ER單元形成的關(guān)鍵作用?!?/p>

Feng補(bǔ)充說,這項工作為應(yīng)用電勢如何在電化學(xué)界面促進(jìn)功能非晶層的形成提供了洞見,并為設(shè)計更好的催化劑提供了可能性。

水中高效批量生產(chǎn)氫即將成為現(xiàn)實!

2021-01-13 17:01前瞻網(wǎng) 關(guān)注發(fā)文

根據(jù)俄勒岡州立大學(xué)工程學(xué)院以及康奈爾大學(xué)和阿貢國家實驗室的研究人員一項新研究,從水中高效批量生產(chǎn)氫即將成為現(xiàn)實。

科學(xué)家們利用先進(jìn)的實驗工具,對電化學(xué)催化過程有了更清晰的認(rèn)識,這種過程比從天然氣中提取氫氣更清潔、更可持續(xù)。研究結(jié)果發(fā)表在的《科學(xué)進(jìn)展》雜志上。

氫存在于地球上各種各樣的化合物中,最常見的是與氧結(jié)合生成水,它在科學(xué)、工業(yè)和能源方面發(fā)揮著許多作用。它也以碳?xì)浠衔锏男问酱嬖?,這是由氫和碳組成的化合物,如天然氣的主要成分甲烷。

領(lǐng)導(dǎo)這項研究的俄勒岡州立大學(xué)化學(xué)工程教授Zhenxing Feng說:“氫的生產(chǎn)對我們生活的許多方面都很重要,比如汽車的燃料電池和許多有用的化學(xué)物質(zhì)的制造,比如氨?!薄八€被用于金屬精煉,生產(chǎn)塑料等人造材料,以及一系列其它用途?!?/p>

根據(jù)美國能源部的說法,美國通過一種被稱為蒸汽-甲烷重整的技術(shù),從甲烷來源(如天然氣)中生產(chǎn)大部分氫氣。該過程包括將甲烷置于有催化劑的加壓蒸汽中,產(chǎn)生氫氣、一氧化碳以及少量二氧化碳的反應(yīng)。

下一步是水氣轉(zhuǎn)換反應(yīng),一氧化碳和蒸汽通過不同的催化劑反應(yīng),產(chǎn)生二氧化碳和額外的氫氣。在最后一步,變壓吸附,二氧化碳和其它雜質(zhì)被除去,留下純氫。

Feng教授說:“與天然氣重整相比,利用可再生能源發(fā)電來分解水制氫更清潔、更可持續(xù)。”“然而,分解的效率很低,主要是由于過程中一個關(guān)鍵的半反應(yīng),即析氧反應(yīng)(OER)的高過電位(電化學(xué)反應(yīng)的實際電勢和理論電勢之間的差值)?!?/p>

半反應(yīng)是氧化還原或還原-氧化反應(yīng)的兩個部分之一,其中電子在兩個反應(yīng)物之間轉(zhuǎn)移;還原是得到電子,氧化是失去電子。

半反應(yīng)的概念經(jīng)常被用來描述電化學(xué)電池中發(fā)生的事情,而半反應(yīng)通常被用來平衡氧化還原反應(yīng)。過電位是理論電壓和產(chǎn)生電解所需的實際電壓之間的界限,電解是由電流驅(qū)動的化學(xué)反應(yīng)。

“電催化劑是通過降低過電位來促進(jìn)水分解反應(yīng)的關(guān)鍵,但開發(fā)高性能的電催化劑遠(yuǎn)非易事?!盕eng說,“主要的障礙之一是缺乏關(guān)于電化學(xué)操作過程中電催化劑結(jié)構(gòu)演變的信息。了解OER期間電催化劑的結(jié)構(gòu)和化學(xué)演變,對于開發(fā)高質(zhì)量的電催化劑材料以及能源的可持續(xù)性至關(guān)重要?!?/p>

Feng和合作者使用了一套先進(jìn)的表征工具來研究最先進(jìn)的OER電催化劑,銥酸鍶(SrIrO3)在酸性電解質(zhì)中的原子結(jié)構(gòu)演變。

Feng說:“我們想了解它的活性是普通商業(yè)催化劑氧化銥的1000多倍,創(chuàng)歷史新高的原因。”

“利用阿貢同步加速器x射線設(shè)備和OSU西北納米技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施的實驗室x射線光電子能譜,我們在OER期間觀察了SrIrO3的表面化學(xué)反應(yīng)和晶體到非晶態(tài)的轉(zhuǎn)變?!?/p>

這些觀察使人們對銥酸鍶能夠如此出色地充當(dāng)催化劑的原因有了更深的理解。

他說:“我們詳細(xì)的、原子尺度的發(fā)現(xiàn)解釋了活性銥鍶層是如何在銥鍶上形成的,并指出了晶格氧活化和耦合離子擴(kuò)散對活性O(shè)ER單元形成的關(guān)鍵作用。”

Feng補(bǔ)充說,這項工作為應(yīng)用電勢如何在電化學(xué)界面促進(jìn)功能非晶層的形成提供了洞見,并為設(shè)計更好的催化劑提供了可能性。

責(zé)任編輯:xj

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