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在国家自然科学基金项目(批准号:91834301, 21776024, 21761162015)资助下,重庆大学魏子栋/丁炜团队开发了在高浓度一氧化碳共存条件下仍可实现高选择性氢氧化的钌基低温燃料电池催化剂。研究成果以“Lattice-confined Ru clusters with high CO tolerance and activity for the hydrogen oxidation reaction ”为题,于2020年4月27在线发表在Nature Catalysis。
图1. 晶格限域Ru簇催化剂及其配位结构与电化学性质
氢能作为清洁的二次能源,其高效利用是耦合传统化石能源和可再生能源系统、破解现有能源体系储存、输配、终端应用难题的重要化工技术途径。氢氧化及其逆反应—氢还原,将不可避免的成为主宰氢经济的重要反应。目前,贵金属Pt是低pH值下最高效且应用最为广泛的氢氧化催化剂。然而在催化过程中,即使反应气中含有极少CO(10 ppm),也会使Pt基催化剂完全中毒失活,以致无法使用重整气等廉价易获取的燃料气体,极大推高了氢经济技术链中燃气获取、纯化,存储以及运输的技术难度。相比之下,金属Ru的价格仅为Pt的三分之一,但是科学界广泛认为金属钌(Ru)表面易于氧化,即使在较低的电位下 (0.1~0.3 V),金属Ru表面也会优先形成Ru-Oads表面,不适合作为氢氧化主催化剂。
该研究工作根据介尺度的学术思想,提出了一种金属团簇嵌入氧化物的“晶格限域型”Ru@TiO2催化剂(如图1所示)。还原气氛下,在无定形TiO2的晶化过程中,Ru纳米粒子在缺陷位处沿TiO2晶格中Ti原子生长成簇,形成以Ru-Ti金属键连接的Ru@TiO2晶格结构。这种金属键合的晶格限域结构,导致界面的Ru,一方面具有与TiO2氧化物类似的原子排列结构(按TiO2(101)排列),同时保持了其固有的金属性,呈现出既异于Ru块体金属又区别于Ru纳米团簇的介尺度行为。如,同时具有块体的金属性和团簇的低配位性(CN=7~8);具有如块体金属的高稳定性和团簇金属的反应活性;具有大于金属氧键(Ti-O,0.193 nm)却低于金属键的(Ru-Ru,0.267 nm)的Ru-Ti键长(0.258 nm)。Ru-Ti界面金属键可促进电子从富电子的n型半导体TiO2转移到Ru簇中的d带上,使Ru簇的d带接近完全充满的状态。这种电子几乎全满的d带,有利于维持Ru的金属特性,提高其催化氢氧化反应活性同时,大幅减少了CO的σ电子向Ru金属d空轨道转移的概率,削弱了CO吸附强度,同时也导致TiO2中O空穴浓度增加,利于CO的氧化去除,从而赋予该催化剂超优异的抗CO中毒特性。在1000 ppm CO存在的条件下,氢氧化催化活性几乎不受干扰;甚至CO含量提高到~10 vol%,该催化剂仍选择性催化氢氧化。此外,在d带电子几乎全满的Ru簇表面,Ru更趋稳定,不易氧化,使该催化剂在较宽的电位范围仍保持反应活性。在酸性和碱性介质中,Ru@TiO2催化剂HOR质量活性(@0.02V)较商业化PtRu/C催化剂高出30%到15%;其超强的抗氧化性,在电位高达0.9V时(一般金属都会以表面生成氧化物种为主)Ru@TiO2催化剂中的Ru簇仍保持其表面的金属性和催化氢氧化特性。
该研究通过晶格限域调变界面区域金属的晶格和电子结构,制备了一种新抗CO中毒和抗表面氧化的高氢氧化选择性的电催化剂。该发现突破贵金属催化剂低温CO毒化限制,开创了利用半导体自由电子调控金属电子结构的新思路,为传统化石化工技术与新能源化工技术高效耦合奠定了基础。
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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
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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
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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
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12月1日,优美科位于中国的首个大型燃料电池催化剂工厂在常熟举行了奠基仪式。比利时王国驻上海总领事颜博诺、常熟市委书记周勤第出席奠基仪式。优美科燃料电池催化剂(常熟)有限公司是比利时优美科集团在常熟投资设立的全资子公司,同时也是集团在欧洲以外唯一的业务总部。随着绿氢的日益普及,氢燃
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上海骥翀氢能科技有限公司与上海济平新能源科技有限公司及苏州博萃循环科技有限公司于9月8日在江苏张家港江苏骥翀氢能源科技有限公司签署战略合作协议。三方将围绕燃料电池铂金催化剂的循环回收再利用开展深度合作。
催化剂作为燃料电池电堆的核心材料,其综合性能与国产化直接关系到我国燃料电池技术的核心竞争力及其产业化前景。
2021年6月28日,上海证券交易所发布科创板上市委2021年第44次审议会议结果公告,中自环保科技股份有限公司(首发):符合发行条件、上市条件和信息披露要求。拟募资总额为145,990.65万元。其中6400.47万元将用于氢能源燃料电池关键材料研发能力建设项目。
6月29日,华昌化工发布关于对外投资设立氢燃料电池催化剂联营企业及签订相关协议的公告,称将与南京大学合作共建介观催化联合实验室,设立氢燃料电池催化剂联营企业。
今年以来,燃料电池核心材料之一的催化剂原材料铂金属价格上涨,幅度高达30%。有不少业内人士担心铂金属价格高幅上涨,会让原本价格偏高的燃料电池“雪上加霜”,拖累示范运营推广进度。事实会否如此?
北极星氢能网获悉,11月25日,广东宝氢科技有限公司将转让51%股权。据公开信息,该公司为广东中南钢铁股份有限公司(持股49%)和宝武清洁能源有限公司(持股51%)共同持股。本次转让方为宝武清洁能源有限公司,该公司由中国宝武钢铁集团有限公司持股58.63%。
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北极星储能网获悉,11月23日,安徽省人民政府办公厅印发《安徽省未来产业发展行动方案》(以下简称《方案》)的通知。《方案》指出,加快发展氢能、氨能、新型储能、生物质能,前瞻布局先进核能和碳捕集、利用与封存技术,构建新型能源系统,实施聚变能商业应用行动计划。推动新一代电子材料、高性能复
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11月22日,国内首条可掺氢高压长输管道西部天然气公司包头-临河输气管道工程项目在临河分输站举办点火通气仪式,输气管道正式投产运行,为内蒙古地区的能源供应格局翻开了崭新的一页。包头-临河输气管道工程作为国内首条具备掺氢输送能力的长距离高压管道项目、内蒙古自治区重点天然气基础建设项目和自
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北极星氢能网获悉,11月21日,彭州市绿色氢能装备与材料科技研究中心(以下简称“彭州绿氢中心”)在成都正式启动。作为国内首个权威第三方电解水制氢核心部件检测机构,彭州绿氢中心公布了投入运行后第一份检测报告“碱性电解槽电极1000小时实测数据”,标志着国内制氢测试平台已具备电解水制氢核心组
11月19日,飞驰科技举办了以“氢能出海驱动未来”为主题的全球首款氢能大巴出口以色列及欧洲交付仪式。活动现场,以色列客户、领事以及佛山市南海区发改委领导、合作方Allenbus及飞驰科技的多位领导共同出席见证了这一历史时刻。此次飞驰科技氢能大巴交付以色列,标志着公司的全球业务版图又增添浓墨重
2024年11月21日,北京未来氢能科技有限公司在北京·昌平成功首发具有全自主知识产权的AEMCat.HER阴极催化剂、AEMWEHER阴极电极、AEMWEOER阳极电极三款产品。未来科学城管委会先进能源产业处处长金鑫、国际氢能协会副主席毛宗强、国际绿氢组织高级顾问李北葵、三峡发展公司联合事业部总经理张杺玹、京能
近日,全球首例大型固态储氢设备从外高桥四期码头装船出运,标志着我国在解决氢气长距离、大规模运输等问题上取得重大突破,对氢气在各垂直领域的大规模应用和促进氢能产业整体发展具有重要意义。氢能作为一种二次清洁能源,具有高能量密度、清洁低碳、安全环保等特点,在能源结构转型过程中占据重要地
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