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
近日,浙江大学化学工程与生物工程学院“百人计划”入选者侯阳研究员,通过仿生学的方法,设计并开发出一种单原子OER催化剂,将高度分散的镍单原子锚定在氮-硫掺杂的多孔纳米碳基底上,用于高效电/光电催化水裂解析氧反应。这项成果被知名学术杂志《自然通讯》(Nature Communications)在线报道。
氢气作为新一代清洁能源,具有无污染、燃烧值高、资源广泛的优势。氢气从哪儿来,最常见的方法就是通过水裂解产生氧气,进而形成氢气。这一电/光电催化析氧反应(OER)过程中,涉及四电子转移的复杂反应过程,具有反应动力学缓慢和较大的过电位,限制了整体的能量转换效率。
因此,科研人员研究出贵金属铱作为催化剂加速反应效率,但不可否认,铱的成本太高每克单价接近黄金的两倍。长久以来,科研人员想要找到廉价的替代品,然而研究成果往往整体催化效率较低且催化机理和活性位点难以捉摸。
近日,浙江大学化学工程与生物工程学院“百人计划”入选者侯阳研究员,通过仿生学的方法,设计并开发出一种单原子OER催化剂,将高度分散的镍单原子锚定在氮-硫掺杂的多孔纳米碳基底上,用于高效电/光电催化水裂解析氧反应。这项成果被知名学术杂志《自然通讯》(Nature Communications)在线报道。
这项研究工作的第一通讯作者为侯阳研究员。
要设计新型催化剂,侯阳课题组从材料的原子结构开始剖析。课题组发现在叶绿体中存在一种金属-氮配位卟啉结构,该结构能够收集太阳能,利用光合作用氧化反应分解水,并释放出氧气。“近年来,类似镍、钴、铁等过渡金属与氮配位掺杂的碳材料被认为是OER反应过程中催化剂的有力候选者。”侯阳介绍,于是他们进一步分析发现了镍-氮配位掺杂的碳材料。在这一特殊结构中,四个氮原子“拉着”金属镍原子,吸引氢氧根离子吸附,降低了各种中间环节的转换难度,进而加速氧气析出。“与析氢反应相比,析出氧气是四电子反应,相对来说更难制备,把氧气产生了,氢气制备的问题就迎刃而解。”
为了进一步加快催化效率,侯阳课题组继续改进镍-氮配位结构。侯阳打了个比方,镍-氮配位掺杂的碳材料结构相对稳定,就好像四个力量相当的人各往一个方向使出均匀的力度。于是,侯阳课题组提出能否换置其中一个氮原子,如同换上一个不同的大力士,适当的协调中心镍原子对氢氧根离子的吸附和后续产物的解吸附能力。
侯阳课题组采用球差校正扫描透射电子显微镜、电子能量损失谱、X射线近边吸收光谱和扩展X射线吸收光谱等手段,首次揭示了镍单原子锚定在氮-硫掺杂的多孔纳米碳催化材料中原子级分散的镍单原子与周围3个氮原子及1个硫原子形成配位结构共掺杂到纳米碳骨架作为催化活性位点。理论计算结果阐明,硫原子的引入优化了镍-氮掺杂纳米碳表面的电荷分布,大幅度降低了OER反应势垒,进而极大地加速了OER反应动力学,从而导致其高效的电/光电催化性能和优良稳定性。
“用1个硫单原子替换1个氮只是其中一种方法,由此可以选择不同力量的单原子进入镍-氮配位结构中,打破原有的稳态,形成新的催化剂,这也为系列催化材料奠定了基础。”他说。
镍-氮材料极不稳定,需要“锚定”在碳基底上,这个过程就像船靠岸的时候,从船上扔下一个很重的锚不让船动。通过工艺迭代,研究人员制备的负载在氮-硫共掺杂多孔纳米碳上的镍单原子催化剂展现出独特的2D层状结构,其厚度约为32纳米,长度大约为几微米。得益于高比表面积和高度分散活性位点,这种新型催化剂电极在碱性条件下表现出优异的电催化水裂解析氧活性和稳定性。
实验发现,该课题组研制的镍单原子锚定氮-硫掺杂的多孔纳米碳催化剂,相比市场上广泛应用的商业铱基催化剂,这种新型催化剂的过电位降低了大约5%,也就是说驱动反应的能量降低5%,同时成本降低了80%以上,并且稳定性大幅度提高,展现出工业级电解水制氢的潜能。
OER析氧反应需要由电或光电驱动,课题组将制备的电催化剂进一步选择性沉积在氧化铁电极表面,形成一个高效的太阳能驱动水裂解整合光阳极。“通过这一设计,能够利用太阳光能产生电能,驱动整个催化反应,节省了额外的驱动电源。”
OER析氧反应是水裂解器件和金属-空气电池的核心过程。谈及未来的应用,侯阳介绍,新一代燃料电池汽车,对高能量密度提出重要需求,水裂解产生的氢气能源将发挥重要作用。与此同时,以锂硫电池为动力的新能源汽车目标是500瓦时/公斤(Wh/kg),让汽车可以跑一天。未来要进一步提高电池效能,就需要金属-空气这一新型燃料电池,OER析氧反应是其中氧化反应的重要一环。
侯阳还说,本次研究不仅设计并开发出一种高效稳定的过渡金属-氮-硫原子级电催化剂,还为如何设计低成本高活性人工固氮合成氨、二氧化碳高值化利用和氧还原催化材料的设计提供了新的思路。
这一科研工作得到了国家自然科学基金、浙江省杰出青年基金和浙江大学“百人计划”启动基金等项目的支持。合作完成工作的还有德国德累斯顿工业大学及华中师范大学的研究人员。
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。
北极星氢能网获悉,4月21日,无锡市人民政府发布关于加快推动场景创新的实施意见。重点任务包括拓展产业发展新路径,聚焦“465”现代产业集群未来产业方向,加快人工智能、商业航天、氢能储能、人形机器人、量子科技等未来产业在各行业的创新应用,积极应用未来产业相关技术与产品,做深做强示范效应,
北极星氢能网获悉,4月18日,蜀道丰田氢燃料电池智能制造基地项目在成都举行签约仪式,标志着该项目正式落户成都市青白江区。仪式上,成都市青白江区人民政府与蜀道投资集团有限责任公司、蜀道装备科技股份有限公司、丰田汽车公司达成合作协议,根据协议,蜀丰氢能将在青白江区建设蜀道丰田项目,预计
北极星氢能网获悉,4月16日,中新氢能与昌吉市国控集团正式签署合作协议,共同成立合资公司,全面落地新疆昌吉市综合能源站建设(一期)项目,助力新疆绿色能源转型与“双碳”目标实现。合资公司将依托中新氢能在综合能源站建设、运营管理及氢能装备制造方面的成熟经验,结合昌吉市国控集团的本地资源
北极星氢能网获悉,4月17日,国家电投集团氢能科技发展有限公司发布二〇二五年度第二批招标招标公告,招标范围为国氢科技燃料电池巡检器和国氢科技燃料电池集流板采购,项目地点位于宁波、武汉、北京,投标截止时间为2025年5月13日。项目概况与招标范围:【DNYZC-2025-04-01-581-01】国氢科技燃料电池
4月18日,四川省经信厅关于印发《四川省新能源产业链建圈强链工作方案(2025—2027年)》的通知,通知指出,到2027年,主要承载地和协同发展地融合态势基本形成,新能源产业链关键材料、核心技术和装备自主可控水平大幅提升,市场机制、标准体系和管理体制更加健全,链主链核企业规模实力不断壮大,产
北极星氢能网获悉,4月16日,中国三峡电子采购平台发布三峡能源北海绿电制氢研究示范项目EPC总承包项目公告。公告显示,该项目依托于广西壮族自治区北海市北海服务区开展建设,北海服务区距北海市15公里,总占地面积142亩。由三峡新能源天峨发电有限公司招标,该项目由分布式光储新能源供电系统(以下
北极星售电网获悉,4月18日,四川省经济和信息化厅发布关于印发《四川省新能源产业链建圈强链工作方案(2025—2027年)》(以下简称《方案》)的通知。《方案》指出,进一步完善电力市场交易机制,促进省内发电企业充分竞争,推动电源企业和新能源制造业用户在更大范围内协商形成交易价格。鼓励“三州
北极星储能网获悉,4月17日晚间,亿纬锂能发布2024年年度报告。报告显示,2024年,亿纬锂能实现营业总收入486.15亿元,同比下降0.3%;归属于上市公司股东的净利润为40.76亿元,同比上升0.6%;其中,扣除非经常性损益的净利润为31.62亿元,同比增长14.76%。亿纬锂能拟向全体股东每10股派发现金红利5元(
北极星氢能网获悉,4月14日,广东广州市花都区人民政府办公室下发关于印发花都区支持新能源产业高质量发展的十条措施的通知,重点支持光伏产业、新型储能产业、氢能产业、智能电网产业。氢能产业中包含原材料(电解催化剂、电堆组件等)、制氢装备(电解槽、制氢站等)、氢储运装备、氢利用装备(加氢
北极星氢能网获悉,4月15日,北京市丰台区人民政府发布关于印发《推进美丽丰台建设持续深入打好污染防治攻坚战2025年行动计划》的通知。通知显示,在蓝天保卫战2025年行动计划中,加快重点行业车新能源化,年底前完成研究制定快递车辆、轻型商超配送车辆新能源化工作方案。新增和更新的快递轻型配送车
北极星氢能网获悉,4月14日,在“投资中国·2025海南自由贸易港全球产业招商大会”上,上海骥翀氢能科技有限公司(简称“骥翀氢能”)与儋州市人民政府签署《骥翀氢能产业项目投资协议》。该项目依托儋州洋浦丰富的海上风电、陆地光伏资源及应用场景,协同上下游产业链企业,共同打造“绿电制绿氢-储运
2025年宁夏光伏计划装机将超3250万千瓦,正处在政策驱动、资源加持、产业扩张的高速发展期。2025年4月18日,在宁夏回族自治区工业和信息化厅的指导下,由宁夏清洁能源产业促进会主办、隆基绿能科技股份有限公司(以下简称“隆基绿能”)协办的“宁夏新能源产业链协同发展暨新技术应用交流会”在银川成
4月17日,石油石化企业文化与品牌引领高质量发展交流会暨中国油气产业系列蓝皮书发布会在扬州举办。发布会上,《中国油气产业发展分析与展望报告蓝皮书(2024-2025》《中国低碳经济发展报告蓝皮书(2024-2025)》《成品油与新能源发展报告蓝皮书(2024-2025)》《中国天然气行业年度运行报告蓝皮书(20
作为广东省唯一且全国首批减污降碳协同创新试点产业园区,南沙开发区近年来将协同作为推动高质量发展的关键着力点,充分结合自身产业特色、减污降碳工作基础、重大战略平台优势以及气候投融资等多试点融合发展,在产业变革、能源转型、政策优化与能力提升、绿色金融等关键领域精准施策、持续发力,不断
北极星氢能网获悉,4月21日,无锡市人民政府发布关于加快推动场景创新的实施意见。重点任务包括拓展产业发展新路径,聚焦“465”现代产业集群未来产业方向,加快人工智能、商业航天、氢能储能、人形机器人、量子科技等未来产业在各行业的创新应用,积极应用未来产业相关技术与产品,做深做强示范效应,
北极星氢能网整理了4月14日~4月18日的一周氢能项目动态。全程1150公里!我国首条跨区域氢能重卡干线正式贯通中国石化14日宣布,我国首条跨区域氢能重卡干线当日正式贯通,并将开始常态化运营。这条西部陆海“氢走廊”始于重庆,最终抵达广西钦州港,全程约1150公里,中途设有4座加氢站,将带动重庆、贵
北极星储能网获悉,4月9日,宜宾这座能源之城、动力之都,又迎大事、喜事——2025宜宾储能产业高质量发展大会召开,在多方推动下,在包括众多央企在内的各方企业家代表大力支持下,会上签约8个储能产业合作项目,签约总金额28.7亿元。会后,2025宜宾市新能源应用场景暨储能产业园重点项目集中开工,现
北极星氢能网获悉,4月18日,蜀道丰田氢燃料电池智能制造基地项目在成都举行签约仪式,标志着该项目正式落户成都市青白江区。仪式上,成都市青白江区人民政府与蜀道投资集团有限责任公司、蜀道装备科技股份有限公司、丰田汽车公司达成合作协议,根据协议,蜀丰氢能将在青白江区建设蜀道丰田项目,预计
江苏省特检院常州分院一支部践行“双碳”战略,统筹各类资源要素,打造集检验检测、标准制定、科研攻关、人才培养和咨询服务“五位一体”的综合型高端科创平台,为氢能高质量发展聚势赋能。该支部是一支学历高、技术精、战斗力强的专业队伍,主要从事氢能储运装备关键零部件及材料进行性能检测与质量评
北极星氢能网获悉,4月18日,北京氢环能源技术有限公司(以下简称“氢环能源”)“氢环能源箱式生物制氢装备(HEE-500)试产仪式”在四川省眉山市隆重举行,国内首台箱式生物制氢装备的正式亮相。氢环能源依托自主研发的分布式生物制氢技术,创新推出箱式生物制氢装备HEE-500。该装备采用站内沼气制氢
能源安全是关系国家经济社会发展的全局性、战略性问题,对国家繁荣发展、人民生活改善、社会长治久安至关重要。中国华电深入学习贯彻习近平总书记关于国家能源安全和国有企业改革发展的重要论述,紧紧围绕新时代新征程国资国企的新使命新定位,以更大力度、更高标准、更实举措进一步全面深化改革、加快
北极星氢能网获悉,近日,扬州大学物理科学与技术学院团队提出利用原子团簇促进以甲酸为载体的液态储氢新方案,为制氢、储氢等关键技术的突破提供了新思路。该校科研团队创新性地提出“激光脉冲诱导原子团簇动态催化”策略,利用光场能量控制二氧化钛原子团簇表面的二氧化碳分子活化态,从而实现对二氧
奋斗之姿,迈步新程。中国大唐系统各企业以高质量发展为主线奋战首季“满堂红”,电量、利润等各项经营指标稳步向好,一起查收这份滚烫的“春日答卷”。托克托发电公司安全生产态势持续向好,利润同比大幅增长,新能源二期150万千瓦光伏治沙项目用地预审与选址以及10万千瓦厂用绿电替代项目成功获批,
4月18日,正泰新能常务副总裁、首席可持续发展官黄海燕受邀出席2025第三届浙江光伏与储能产业大会及出海经验分享会,与行业领袖擘画光储未来蓝图。正泰新能常务副总裁、首席可持续发展官黄海燕在高端对话环节,黄海燕提出,当前的光伏产业已从“光伏单兵突进”迈入“光储协同共生”的时代,光储融合正
新能源是中欧能源合作的突破口。文/罗佐县特朗普再次入主白宫后,加征关税成为其近期对外经济政策的核心。特朗普主导下,美国不仅对加拿大、墨西哥、中国产品加征关税,对欧盟关税加征也是近在咫尺的事情。慕安会上美国副总统万斯对欧洲进行了言辞激烈的批评,引发欧洲政坛强烈不满,欧盟对此作出了回
4月18日,明阳与巴斯夫签署谅解备忘录,携手共进,致力于研发适应行业可持续需求的先进材料与技术解决方案,共同推动创新进程。此次合作,双方将重点关注电转X(Power-to-X)材料与技术的创新,积极推进在技术和商业等多个领域合作。巴斯夫将充分发挥其在催化材料与技术领域的研发优势,而明阳将以其在
北极星氢能网获悉,4月18日,明阳与巴斯夫签署谅解备忘录,双方将共同推动绿色氢氨醇在中国的规模化应用场景落地。巴斯夫的创新产品,如高效催化剂和吸附剂,将成为明阳生产绿氢氨醇的优选解决方案。此次合作,双方将重点关注电转X(Power-to-X)材料与技术的创新,积极推进在技术和商业等多个领域合作
在全球能源转型的大背景下,印度储能市场凭借明确的政策导向与强劲的发展势头,成为市场焦点。政策红利与市场需求的双重驱动,正为印度储能行业开辟广阔的发展空间。政策护航市场需求爆发式增长根据当前情况来看,印度配储政策明确,新增需求可期。印度对新能源项目的配储要求日益严格,规定未来新招标
4月18日,四川省经信厅关于印发《四川省新能源产业链建圈强链工作方案(2025—2027年)》的通知,通知指出,到2027年,主要承载地和协同发展地融合态势基本形成,新能源产业链关键材料、核心技术和装备自主可控水平大幅提升,市场机制、标准体系和管理体制更加健全,链主链核企业规模实力不断壮大,产
日前,山西晋中市政府印发《晋中市碳达峰实施意见》。《意见》提出,到2030年,非化石能源消费比重达到18%,新能源和清洁能源装机占比达到63%以上,森林覆盖率和森林蓄积量稳步增长。单位地区生产总值能源消耗和二氧化碳排放持续下降,在保障能源安全的前提下二氧化碳排放量力争达到峰值。详情如下:晋
北极星售电网获悉,4月18日,四川省经济和信息化厅发布关于印发《四川省新能源产业链建圈强链工作方案(2025—2027年)》(以下简称《方案》)的通知。《方案》指出,进一步完善电力市场交易机制,促进省内发电企业充分竞争,推动电源企业和新能源制造业用户在更大范围内协商形成交易价格。鼓励“三州
日前,山西生态环境厅对国能山西河曲发电有限公司三期2×660MW煤电一体化扩建项目环评拟作出审批意见公示。国能山西河曲发电有限公司三期2×660MW煤电一体化扩建项位于忻州市河曲县西口镇,本次三期工程利用电厂二期工程北侧预留建设场地,建设2×660MW超超临界空冷凝气式汽轮发电机组,配套2×2100t/h
北极星氢能网获悉,4月14日,广东广州市花都区人民政府办公室下发关于印发花都区支持新能源产业高质量发展的十条措施的通知,重点支持光伏产业、新型储能产业、氢能产业、智能电网产业。氢能产业中包含原材料(电解催化剂、电堆组件等)、制氢装备(电解槽、制氢站等)、氢储运装备、氢利用装备(加氢
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!