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。
氢燃料电池汽车产业迈入提质增速新阶段——2025国际氢能与燃料电池汽车大会主论坛观察近年来,在全球加速推进碳中和战略的大背景下,氢能以其来源丰富、绿色低碳等特征,在交通、工业等领域展现出了巨大的应用潜力,正加速以“未来能源”的身份融入社会大众的日常生活中。日前,中国汽车工程学会与国际
6月23日,氢动科技广东氢动“氢车万里行”启动仪式隆重举行,珠三角-粤西示范线常态化运营,政企学研多方代表齐聚,共促氢能冷链运输规模化发展,为双碳目标下的绿色物流转型树立实践标杆。在“氢车万里行”的车轮滚滚中,一条连接珠三角与粤西的绿色冷链动脉正焕发勃勃生机。本条线路主要开展珠三角区
日前,安阳市生态环境局印发《安阳市“无废城市”建设实施方案(2025—2027年)》(征求意见稿)。文件提出,到2027年底,安阳市“无废城市”制度、市场、技术、监管体系基本完善,主要指标达到省内先进水平,减污降碳协同增效作用初显;安阳市固体废物智慧监管信息平台上线运营,实现五大领域固体废物
北极星氢能网获悉,6月20日,浙江舟山群岛新区六横管理委员会发布《关于进一步推动六横实体经济高质量发展的若干政策》。政策中明确:支持氢能产业发展。鼓励开展清洁能源制氢、储能、厂区氢能车辆应用等一体化示范场景应用,对企业发生设计研发、制氢设备、厂区氢能源车辆购置、租赁等费用给予30%,最
编者按:近日,交通运输部、国家发展改革委等十部门联合印发《关于推动交通运输与能源融合发展的指导意见》(以下简称《交能融合指导意见》),明确交通运输与能源融合发展目标,部署了8个方面25项重点任务。交能融合委员会刊发“《交能融合指导意见》系列解读”,本文是系列解读第四篇。来源:交能融
北极星氢能网获悉,近日,红旗氢燃料电池汽车项目在中国汽车技术研究中心(以下简称“中汽研”)成功通过氢耗与续驶里程关键试验,不仅验证了红旗氢燃料电池系统的卓越性能,更展现了红旗研发将前瞻技术快速转化为产品竞争力的技术实力。此次试验在中汽研国家级实验室内严格按照国际最严苛的CHTC-C工况
北极星氢能网获悉,6月18日,福建省发展和改革委员会发布《福建省氢能产业创新发展中长期规划(2025—2035年)》的通知。通知指出,氢能产业分为两个阶段发展任务:一是2025至2030年为起步发展期,建成10个以上高能级创新平台,培育1-3个百兆瓦级绿电制氢示范项目,建成1-3个氢基绿色船舶燃料加注港口
北极星氢能网获悉,近日,陕西省工业和信息化厅公示了陕西省第二批工业领域碳达峰试点项目名单,全省15个项目入选。其中,泾河新城推荐项目——盛世盈创氢能科技(陕西)有限公司氢能交通用燃料电池动力系统成功入选。据悉,氢能交通用燃料电池动力系统通过企业自研质子交换膜、膜电极、催化剂层等9项
近年来,江苏省张家港市扬子江国际化工园创新建立了打通生产工艺链、污染控制链和监测监管链的系统化环境治理模式,为化工园区绿色低碳发展提供了有益探索。智能改造、低碳转型,升级绿色产业链扬子江化工园(以下简称园区)是长江流域最大的精细化工园区,建有国内最大的高性能涂料生产基地,生产过程
北极星氢能网获悉,近日,由国家市场监督管理总局批准筹建的国家氢燃料电池汽车质量检验检测中心(以下简称“中心”)在北京大兴国际氢能示范区正式投入使用,标志着我国在氢能检测领域迈出了重要一步,为氢燃料电池汽车产业的高质量发展提供了坚实的技术支撑。填补空白,打造全链条检测平台中心总投资
北极星氢能网获悉,近日,遂宁市经济和信息化局发布《关于市八届人大五次会议第85036号建议办理答复的函》。答复函中指出,四川省利用丰富的水风光资源,发展绿氢制备和应用,已在成都、德阳、攀枝花、雅安、内江、资阳、凉山等市(州)开展氢燃料电池汽车示范,累计推广燃料电池汽车619辆,建成加氢站
6月21日,亿华通发布了《关于完成董事会换届选举及聘任高级管理人员、证券事务代表的公告》。根据公告,张国强先生、宋海英女士、戴东哲女士、宋峰先生当选为亿华通非独立董事,纪雪洪先生、陈素权先生、李志杰先生当选为公司独立非执行董事,张红黎女士当选为公司职工代表董事;全体董事一致同意选举
2025年6月18日,高等教育专业评价机构软科正式发布“2025软科中国大学专业排名”,氢能科学与工程(本科专业代码:080506TK)专业排名结果如下:
各地氢能发展虽然已取得一定进展,但仍面临一些问题和挑战,涉及基础设施、成本、技术等多个方面,这些方面往往相互交织,有时互为因果。来源:电联新媒作者:郑平近年来,国内多地将发展氢能作为促进产业发展和实现碳达峰、碳中和目标的重要抓手,推出不同层面的氢能发展规划,并投入大量资源推动具体
氢燃料电池汽车产业迈入提质增速新阶段——2025国际氢能与燃料电池汽车大会主论坛观察近年来,在全球加速推进碳中和战略的大背景下,氢能以其来源丰富、绿色低碳等特征,在交通、工业等领域展现出了巨大的应用潜力,正加速以“未来能源”的身份融入社会大众的日常生活中。日前,中国汽车工程学会与国际
6月23日,氢动科技广东氢动“氢车万里行”启动仪式隆重举行,珠三角-粤西示范线常态化运营,政企学研多方代表齐聚,共促氢能冷链运输规模化发展,为双碳目标下的绿色物流转型树立实践标杆。在“氢车万里行”的车轮滚滚中,一条连接珠三角与粤西的绿色冷链动脉正焕发勃勃生机。本条线路主要开展珠三角区
6月24日,华电包头氢能科技公司与内蒙古丰洲材料有限公司联合推进的工业天然气掺烧绿氢项目的正式投运,标志着又一个可复制、可推广工业天然气掺烧绿氢项目成功运行,为包头市工业领域能源结构优化升级注入新动能。该项目是继与内蒙古金鄂博氟化工有限公司合作的示范项目后,氢能公司在工业天然气掺烧
2025年6月19日,欧洲议会在法国斯特拉斯堡通过《清洁工业协议决议》及《电网自主倡议报告》,旨在推动欧盟工业脱碳进程并提升能源系统灵活性。《清洁工业协议决议》核心内容该决议聚焦工业部门的绿色转型,提出以下措施:能源成本降低:通过《可负担能源行动计划》推广清洁能源,目标到2030年将欧盟能
日前,安阳市生态环境局印发《安阳市“无废城市”建设实施方案(2025—2027年)》(征求意见稿)。文件提出,到2027年底,安阳市“无废城市”制度、市场、技术、监管体系基本完善,主要指标达到省内先进水平,减污降碳协同增效作用初显;安阳市固体废物智慧监管信息平台上线运营,实现五大领域固体废物
今天是2025年“全国低碳日”,今年的主题是“碳路先锋、绿动未来”。习近平总书记指出,要正确处理好经济发展同生态环境保护的关系,作为国有重要骨干企业,中国石油油气田企业将生态环境分区管控作为项目选址的刚性约束,对生态保护红线内的生产经营设施有序退出,积极实施生态修复。截至目前,油气田
为贯彻落实《交通运输部等十部门关于推动交通运输与能源融合发展的指导意见》,加速交通强国与新型能源体系建设,由中国交通运输协会、长沙理工大学等单位联合主办的“2025全国交通与能源融合创新技术发展大会”,将于2025年10月22日至24日在长沙召开。会议以“交能创新融合,加快强国建设”为主题,旨
近日,湖南省工业和信息化厅公布首批工业领域低碳氢应用场景名单。三一氢能有限公司两大标杆项目——“氢基低碳冶金与保护技术应用示范项目”(与湖南涟钢联合实施)与“绿电制氢加氢一体站及氢交通示范项目”成功入选。这标志着三一氢能在推动绿氢规模化工业应用、助力高碳行业深度脱碳方面取得实质性
6月24日,宝武环科、宝武水务党委书记、董事长陈在根,副总经理杜军一行前往北京华电光大环境股份有限公司(简称“华电光大”)拜访交流,与华电光大董事长贾文涛就烟气治理高效催化剂合作开展深入交流。双方签署了战略合作及联合实验室协议,并共同为低碳环保技术研究联合实验室揭牌,开启合作新篇章
2025年6月23日,工业和信息化部等九部门关于印发《黄金产业高质量发展实施方案(2025—2027年)》的通知,通知指出,高端新材料应用:半导体用高纯低碳金(银)靶材和蒸发料、太阳能光伏银浆料、低温共烧陶瓷和片式多层陶瓷电容器等核心元器件用金浆料、生物医用金(银)材料、电接触金(银)及合金材
近日,武汉国力通能源环保股份有限公司与山西鹏飞集团合作的焦炉煤气低碳、零废液脱硫成套项目,自2024年投用以来,已实现连续7个月稳定运行。该项目是国内落地的首个零废液脱硫改造项目,标志着焦炉煤气脱硫又迎来新的技术突破,为焦化行业的“创新驱动发展、减污降碳发展”注入新的动能。双方合作的
6月19日,吉林建龙钢铁有限责任公司超低排放项目硅钢项目低温催化剂采购采购公告发布。详情如下:吉林建龙钢铁有限责任公司超低排放项目硅钢项目低温催化剂采购采购公告1.采购条件本采购项目吉林建龙钢铁有限责任公司超低排放项目硅钢项目低温催化剂采购(AGGCJSHHD250619218648)采购人为鞍钢集团工程
在内蒙古自治区党委、政府高位推动下,内蒙古以“起跑就领先”的魄力,按下科技“突围”快进键,锚定稀土、储能、氢能、乳业、空天计量等战略领域,以“非常之举”在重点点位上精准落子,让科技创新成为高质量发展的“关键变量”与“最大增量”。这里既有“工业维生素”稀土的“精密蜕变”,也有绿电储
北极星氢能网获悉,6月18日,福建省发展和改革委员会发布《福建省氢能产业创新发展中长期规划(2025—2035年)》的通知。通知指出,氢能产业分为两个阶段发展任务:一是2025至2030年为起步发展期,建成10个以上高能级创新平台,培育1-3个百兆瓦级绿电制氢示范项目,建成1-3个氢基绿色船舶燃料加注港口
在全球环境保护意识日益增强的背景下,实现“双碳”目标已成为各国的共识。作为主要的大气污染物之一,氮氧化物(NOx)的减排更是成为关键任务。随着国家不断提高大气污染物排放标准,各行业对脱硝技术及设备的需求不断增加,脱硝市场迎来了前所未有的发展机遇,同时也面临着严峻挑战。在此背景下,戈
6月17日,浙江省生态环境厅发布浙江省2025年度危险废物利用处置设施建设投资引导性建议公告。总体而言,浙江省已基本形成了焚烧、填埋、协同处置、综合利用等多措并举的危险废物利用处置体系。危险废物利用处置能力高于危险废物产生量,特别是废活性炭、废包装物、铝灰渣、废矿物油、废乳化液、废催化
北极星氢能网获悉,近日,陕西省工业和信息化厅公示了陕西省第二批工业领域碳达峰试点项目名单,全省15个项目入选。其中,泾河新城推荐项目——盛世盈创氢能科技(陕西)有限公司氢能交通用燃料电池动力系统成功入选。据悉,氢能交通用燃料电池动力系统通过企业自研质子交换膜、膜电极、催化剂层等9项
6月17日,河南零碳技术研究院有限公司SCR脱硝系统催化剂采购谈判采购公告发布。项目总规模为日处理生活垃圾700吨/天,年处理垃圾约25.6万吨,配置2条350吨/日的机械式炉排炉垃圾焚烧线和1台15MW汽轮机发电机组,项目于2021年6月投产。烟气净化系统采用“SNCR(氨水)+半干法+干法+活性炭吸附+布袋除尘+
6月17日,海螺新材公告,公司控股子公司海螺环境拟收购康宁能源持有的河南康宁特环保科技股份有限公司(简称“康宁特”)80%股权及康宁能源持有的郑州康宁特环境工程科技有限公司(简称“工程公司”)100%股权,合计交易价格1.86亿元。本次收购完成后,海螺环境将持有康宁特80%股权及工程公司100%股权
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!