登录注册
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
我要投稿
电动汽车已穿梭在大街小巷,燃料电池车还会远吗?实现这样的场景,燃料电池是关键。
然而,除生产成本过高外,燃料电池的能量转换效率因阴极氧还原反应缓慢而受到制约。因此,研究并开发替代贵金属催化剂、提高电催化剂活性成为燃料电池发展的重要研究课题之一。
中国科学技术大学国家同步辐射实验室副研究员刘庆华团队在相关研究中取得进展,不仅开发出一种替代贵金属催化剂,且其活性高出贵金属催化剂2~10倍。相关成果近日在线发表于《自然—能源》。
寻找替代贵金属
燃料电池不只在汽车工业的应用前景广阔,还可用在能源发电、家用电源、航空航天等领域。
作为一种可直接将燃料的化学能转化为电能的电化学装置,燃料电池具有能量转换效率高、零排放或低排放等优点。“有望成为人类社会清洁高效能源利用的主要形式。”刘庆华告诉《中国科学报》。
然而,目前燃料电池的能量转换效率主要受限于电池阴极缓慢的氧反应的动力学过程。
在燃料电池中,铂(Pt)是最优的阴极氧还原反应催化剂,但其储量少、价格昂贵,是导致燃料电池生产成本较高的主要原因;而且铂作为催化剂的化学稳定性较弱,催化耐久性不足。刘庆华表示,因此“急需开发高活性、高稳定性、低成本的氧关联催化材料”。
相比于铂,铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)等3d过渡金属材料在地球的储量丰富,价格便宜,并且具有高催化活性的潜力,研究人员一直梦想着激活这类3d过渡金属材料的活性,替代昂贵的贵金属催化剂。
但面临的挑战是,如何有效地将这些过渡金属原子连接,改变它们的电子结构并激活活性。
刘庆华等科研人员注意到,金属有机框架化合物这类材料可以通过有机连接剂将金属原子整齐地排列起来。“一是宏观上金属原子以单个原子的形式存在,极大地增加了金属原子的利用率;二是中间的有机连接剂为通过外力手段调控提供了可能。”刘庆华说。
借助同步辐射光源
电催化反应过程中,能有效参与反应的位于催化材料—电解质溶液的固—液反应界面上的活性位点不足,加之催化电极表面所吸附反应前驱物和反应中间产物的浓度极低,给实时探测带来很大的困难。
不过,高亮度的先进同步辐射光源为研究这一问题提供了契机。
同步辐射是一种强度大、亮度高、频谱连续、方向性及偏振性好、有脉冲时间结构和洁净真空环境的优异新型光源,国家同步辐射实验室有我国第一台以真空紫外和软X射线为主的专用同步辐射光源(以下简称合肥光源)。
刘庆华团队基于合肥光源,建立并发展了适用于固—液相电催化反应过程原位探测的傅里叶变换红外光谱实验技术,实现对上述问题的原位实时在线监测。
同时,研究人员利用光诱导晶格应变策略,将晶格应力引入到过渡金属基—金属有机框架(NiFe-MOF)化合物的晶格中,成功激活NiFe-MOF化合物金属节点的催化活性,实现其高质量活性、高稳定性的电驱动氧关联催化。
在中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家实验室特任教授孙永福看来,同步辐射傅里叶变换红外光谱实验技术的完善,对其他利用同步辐射光源的原位技术起到了指导作用。“为进一步研究燃料电池的内在机制,发展燃料电池体系提供了技术支持。”他告诉《中国科学报》。
活性高出2~10倍
在此基础上,刘庆华团队首次观察到在氧催化过程中,伴随着过渡金属基镍活性中心价态的升高,氧反应关键中间产物*OOH出现并与Ni4+高价活性中心直接成键,从原子水平上揭示了NiFe-MOF化合物催化材料高效的电催化反应机制。
刘庆华介绍,在氧催化反应中,NiFe-MOF化合物表现出优异的电催化氧还原和氧析出活性,是以碳为基的铂催化剂(Pt/C)的2~10倍。
例如,将NiFe-MOF材料用在氧还原反应中,NiFe-MOF的催化质量活性每克金属高达500安,Pt/C的催化质量活性在相同条件下为每克金属260安。
接下来,再将NiFe-MOF材料用在氧还原的逆反应—氧氧化反应中,NiFe-MOF的催化质量活性更是每克金属高达2000安,而二氧化钌在相同条件下的催化质量活性每克金属仅为17安。
刘庆华表示,这意味着,“在相同的催化活性下,相比于贵金属催化剂,NiFe-MOF材料用量更少,极大地节约材料并进一步降低成本”。
此外,NiFe-MOF化合物催化材料在每平方厘米100~200毫安的高电流密度下连续进行200小时的电催化氧还原或析出氧反应,仍能维持约97%的初始催化活性,证实NiFe-MOF化合物具有极高的化学稳定性和催化耐久性。
孙永福认为,NiFe-MOF化合物有望成为高效的工业燃料电池阴极氧还原催化剂,为发展贵金属催化替代提供一种新的参考途径。
据悉,燃料电池要满足工业上实际应用的需要,需用5000小时以上的寿命和更大的工作电流密度。刘庆华表示,下一步团队一方面将通过更长时间的工作运行测试,检验该材料在工业工作条件下的稳定性和寿命;另一方面,也将进行实际的燃料电池组装,研究该材料在实际器件中应用的可能性。
特别声明:北极星转载其他网站内容,出于传递更多信息而非盈利之目的,同时并不代表赞成其观点或证实其描述,内容仅供参考。版权归原作者所有,若有侵权,请联系我们删除。
凡来源注明北极星*网的内容为北极星原创,转载需获授权。
11月19日,华电青岛环保技术有限公司蜂窝脱硝催化剂协作加工框架采购招标公告发布。项目要求投标厂家应具有成熟的蜂窝式脱硝催化剂生产能力,年生产能力不低于5000立方米。公告如下:华电青岛环保技术有限公司蜂窝脱硝催化剂协作加工框架采购招标公告(招标编号:CHDTDZ017117-CL-035)一、招标条件中国华
11月19日,深圳市深汕特别合作区华润电力有限公司2025年脱硝催化剂采购中标候选人公示。第一中标候选人:浙江德创环保科技股份有限公司,投标价格:7306587.00元,单价:10435元/立方米;第二中标候选人:广西海螺环境科技有限公司,投标价格:7422120.00元,单价:10600元/立方米。据悉,该项目招标内
近日,芜湖新兴焦化部低温SCR脱硝催化剂中标结果公示。公告显示,北京方信立华科技有限公司中标该项目。招标文件显示,招标规模:芜湖新兴焦化脱硝低温SCR低温脱硝催化剂更换,84块,约136立方。招标范围:满足焦化低温SCR脱硝催化剂的供应。芜湖新兴铸管有限责任公司焦化脱硝低温SCR低温脱硝催化剂更
华润集团守正电子招标平台发布江苏镇江发电有限公司#5锅炉烟气脱硝蜂窝式催化剂招标采购招标公告,招标公告SZBGG2024110149号,招标内容为21孔蜂窝式催化剂:352立方米含设计、供货及性能检测等。华润守正招标有限公司受招标人委托,对华润电力中部片区2024年度第83批招标江苏镇江发电有限公司#5锅炉烟
中国招标投标公共服务平台发布宝坻SCR脱硝项目用催化剂采购成交结果公示,本项目招标人为天津渤海环保工程有限公司,中标人为河北威达蓝海环保科技股份有限公司,中标价格38000.00元/立方米。
11月7日,华润电力(宜昌)有限公司2024年蜂窝式脱硝催化剂采购中标候选人公示。第一中标候选人:国家电投集团远达环保催化剂有限公司,投标价格:2779800.00元,单价:12300元/立方米;第二中标候选人:江苏万德环保科技有限公司,投标价格:2802400.00元,单价:12400元/立方米。招标文件显示,本次
10月28日,华润电力(温州)有限公司2025年度1号锅炉脱硝催化剂采购招标公告发布。招标内容和范围:提供#1号机组蜂窝式催化剂655.46立方米(每层327.73立方米,两台机组合计655.46立方米)及辅助设施、安装指导、调试。公告如下:华润电力(温州)有限公司2025年度1号锅炉脱硝催化剂采购招标公告招标公告SZ
10月24日,芜湖新兴焦化部低温SCR脱硝催化剂招标公告发布。招标规模:芜湖新兴焦化脱硝低温SCR低温脱硝催化剂更换,84块,约136立方。招标范围:满足焦化低温SCR脱硝催化剂的供应。芜湖新兴铸管有限责任公司焦化脱硝低温SCR低温脱硝催化剂更换,项目为1套脱硝装置,SCR脱硝装置布置在脱硫之后。焦炉烟
强金属-载体相互作用(SMSI)对于稳定小于2纳米的金属位点至关重要,例如单原子(M1)或原子簇(Mn)。然而,由于过度相互作用导致活性与稳定性往往不能兼顾,如何进一步优化纳米位点以打破这一制衡仍然是一个重大挑战。针对这一挑战,北京华电光大环境股份有限公司与中国科学技术大学、中国科学院上海
据同兴环保消息,近日,同兴环保首次进入泰国市场,成功签约DeltaDaikiMetal(Thailand)Co.,Ltd.再生铝双室熔炼炉脱硝设备项目,为其提供环保设备+低温脱硝催化剂+指导安装等成套服务。此次签约增加了公司海外优质项目,为公司开辟了东南亚市场新阵地。DeltaDaikiMetal(Thailand)Co.,Ltd.于2023年在泰国
10月9日,华润电力(宜昌)有限公司2024年蜂窝式脱硝催化剂采购招标公告发布,采购脱硝催化剂226立方米。公告如下:华润电力(宜昌)有限公司2024年蜂窝式脱硝催化剂采购招标公告招标公告SZBGG2024100012号华润守正招标有限公司受招标人委托,对华润电力中部片区2024年度第74批招标华润电力(宜昌)有
近日,中国石油石油化工研究院自主研发的碳五馏分非贵金属加氢催化剂在吉林石化碳五加氢装置一次开车成功。
研究背景:挥发性有机物(volatileorganiccompounds,VOCs)是指常温下沸点为50~260℃的一系列有机化合物,是重要的大气污染物。VOCs不仅参与光化学烟雾的形成,还可导致呼吸道和皮肤刺激,甚至诱使机体产生癌变,对环境和人体健康构成了很大威胁。因此,VOCs处理技术日益受到重视。已开展应用的VOCs处
【研究背景】氢(H2)是一种理想的能源,因为它具有很高的能量密度,并且使用后不会造成额外污染。在过去的十年中,已经开发出许多低成本的水电解槽。然而,大规模的淡水电解将给重要的淡水资源带来沉重的压力。而如果能直接电解海水而不是淡水,特别是在干旱地区,就不仅可以储存清洁能源,而且还可以
摘要:随着环境问题的日益严重,治理作为PM2.5前体的挥发性有机物(VOCs)越来越受到重视,燃烧法是目前常用的处理VOCs污染物技术之一。本文从燃烧的机理出发综述了燃烧法处理VOCs的研究进展,将燃烧法分为两大类,即非催化燃烧法和催化燃烧法。非催化燃烧法中从燃烧方式出发,总结了直接燃烧法、蓄热式热力
近日,中国科学院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室、太阳能研究部研究员韩洪宪和中科院院士李灿团队与日本理化学研究所教授(RIKEN)RyuheiNakamura研究团队合作,在酸性条件下非贵金属电催化分解水研究方面取得新进展,相关研究成果发表在《德国应用化学》(Angew.Chem.Int.Ed.)上。将太阳
近期,中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所环境与能源纳米材料中心在选择性加氢催化转化方面取得新进展,构筑了具有超高催化活性、选择性以及稳定性的包含Co-Nx活性位点的非贵金属催化剂。相关研究成果发表在国际期刊《先进材料》上(Adv.Mater.2019,DOI:10.1002/adma.201808341)。生物质是地球
氢燃料电池汽车拥有的高效、节能、环保等先进性能,使其越来越受到人们的强烈关注。氢能源作为一类高能量密度的可再生清洁能源,在解决能源与环境问题领域具有巨大优势。而用电解水方法制备氢气时,以往多使用成本高昂、储量稀少的贵金属催化剂。日前,南京工业大学开发出了一种新型的非贵金属催化剂,
本人从1983年开始从事VOCs燃烧催化剂的研发工作,涉及催化剂的基础和应用研究,发表论文100多篇,发明专利30多件。在燃烧催化剂开发领域,30多年经历了天然丝光沸石负载贵金属(Pt、Pd)催化剂;氧化铝负载负载贵金属(Pt、Pd)催化剂;堇青石蜂窝载体负载贵金属(Pt、Pd、Rh)催化剂和稀土非贵金属催
[摘要]催化燃烧技术因具有起燃温度低、处理效率高和无二次污染等优点,在挥发性有机物(VOCs)净化处理过程中得到了广泛地应用。文章分别对Pt、Pd和Au等贵金属催化剂用于VOCs催化燃烧的研究进展进行了总结。并对贵金属催化剂用于VOCs催化燃烧的研究方向提出了展望。延伸阅读:前路漫漫我国VOCs治理路上还
为进一步加强重药物流绿色环保建设,持续降低物流成本,提高配送效率,重药物流2024年采购的3台氢能源车近日已投入使用。氢能源车的工作原理是氢气和氧气通过燃料电池系统直接产生电化学反应而产生电流,直接驱动车辆行驶。与传统燃油车相比具有清洁环保、性能稳定、用车成本低、营运效率高等诸多优势
11月15日,由秦创原总窗口企业,陕西同尘和光低温科技有限公司与中国石油天然气管道工程有限公司、中国科学院理化技术研究所联合建设的0.5吨/天小型撬装液氢试验平台正式开工。项目采用高效、低能耗的液化系统,为液氢生产提供可靠的冷量保障,同时配置液氢薄膜罐和球罐的组合方案,大幅提升了液氢储存
北极星氢能网获悉,11月15日,财政部发布关于提前下达2025年节能减排补助资金预算的通知。根据《通知》,2025年奖补资金总共16.25亿元。其中,前五市分别为唐山39830万元;上海31349万元;郑州26368万元;北京24308万元;天津11207万元。其中,第二年度燃料电池汽车示范应用奖励资金不得用于支持燃料电
北极星氢能网获悉,10月23日,上海市科学技术奖再度揭晓。高功率车用燃料电池电堆关键技术及产业化应用成功2023年度上海市科学技术一等奖获奖项目优秀创新成果。详情如下:项目名称:高功率车用燃料电池电堆关键技术及产业化应用完成单位:上海交通大学完成人:易培云等奖励等级:科技进步一等奖自“碳
北极星氢能网获悉,2024年11月8日,广州市生态环境局印发了《广州市氢燃料电池汽车行驶碳普惠方法学(2024年试行版)》。原文如下:广州市生态环境局关于印发《广州市氢燃料电池汽车行驶碳普惠方法学(2024年试行版)》《广州市餐饮外卖行业无需餐具碳普惠方法学(2024年试行版)》的通知各有关单位:
北极星氢能网获悉,2024年11月11日,中汽协会发布2024年10月汽车工业经济运行情况。其中,2024年10月燃料电池汽车产销分别完成491和563辆,同比分别增长19.2%和18.8%。1-10月,燃料电池汽车产销分别完成4679辆和4695辆,同比分别增长25.9%和27.4%。根据公布的数据显示,10月,新能源汽车产销分别完成14
11月15日,现代汽车将携旗下氢能、电动化及高性能N品牌在内的多款产品集中亮相2024年广州国际汽车展览会,展现现代汽车在新能源领域全球领先的技术实力与在华发展的最新成果。其中,现代汽车最新氢燃料电池概念车INITIUM也将继10月全球发布之后首次亮相中国。现代汽车集团海外首家氢燃料电池研发、生产
北极星氢能网获悉,2024年11月11日,清能公司旗下控股子公司内蒙古清能通胜新能源有限公司(以下简称“清能通胜”)隆重举行大功率燃料电池及加氢制氢核心装备产业基地投产仪式。清能通胜位于伊金霍洛旗空港物流园区,凭借清能股份二十余年在燃料电池及新型电解制氢技术领域的技术积累和丰富的批量化生
据北极星氢能网不完全统计,2024年三季度,国家及地方层面共计发布氢能产业支持性政策条例37条,其中便包括吉林省、陕西省和山西省吕梁市对氢能车辆高速费进行减免的政策。有业内专家表示,在很多终端用户的眼中,真正能让氢能车辆推广普及的要素不见得是初期成本,而是使用成本。而氢能车辆目前最好的
北极星氢能网获悉,近日,中原内配在投资者互动平台表示,公司与吉凯恩就固态储氢系统展开合作,主要负责促进该系统在中国区域的营销。该合作将在合作有效期内结合市场情况适时推进。2023年,公司子公司焦作同声氢能科技有限公司已向宇通商用车有限公司销售50台氢燃料电池系统。未来,公司将继续联合宇
北极星氢能网获悉,2024年11月8日,由国氢科技济南绿动牵头实施的山东省重点研发计划(重大科技创新工程)——“大载重长续航无人机用燃料电池研发及应用”项目启动会暨实施方案论证会在济南召开。在启动环节,济南绿动有关负责人作为项目牵头人介绍了该项目的背景、概况、目标以及预期效果等方面内容
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
姓名: | |
性别: | |
出生日期: | |
邮箱: | |
所在地区: | |
行业类别: | |
工作经验: | |
学历: | |
公司名称: | |
任职岗位: |
我们将会第一时间为您推送相关内容!