Z j

加错试剂却迎重大突破,我国科学家创新电解水制氢催化剂

  • U 12.5万 ·
  • 8 15
图太多,上链接
*****/industry-science/2024_08_20_745399_2.shtml
8 4
阅读全文
评论
最近回复
共16条评论
本楼已删除
阅读全文
科技界时不时发生这种因‘错误’产生重大发现的“溴事”。
如OLED(有机发光显示),是由华裔科学家邓青云博士(Dr. C.W. Tang)在美国柯达公司的一次偶然发现。他的研究课题是做“太阳能发电有机薄膜”,在一次实验中,他错把试验的薄膜器件电极的电源极性接反了,“吔!这个东西咋个发光了喃?”
8 4
阅读全文
小编不让链接,上原文
西湖大学网站8月19日消息,近日,西湖大学孙立成教授团队在Nature Catalysis上发表了研究文章。他们开发了一种基于非均匀形核液相体系的催化剂制备工艺,即向溶液中人为引入不溶纳米颗粒,在常温、常压条件下通过简单浸泡法,一步合成非贵金属催化剂——CAPist-L1。

一款新型催化材料被浸在碱性水中,表面源源不断地产生气泡,它已经在安培级电流密度下稳定工作了19000小时。也就是说,两年多时间过去了,这个小小方块毫无衰退的迹象。

这是阴离子交换膜电解水制氢(AEM-WE)的实验现场。此前,AEM-WE技术受制于氧气析出反应(OER)催化剂难以在大电流密度下维持太久的难题,一直没有实现工业化。西湖大学人工光合作用与太阳能燃料中心(CAP)在这一材料上获得重大突破。经年累月的探索之后,实验中的一次意外,神奇地完成了“助攻”,成了上天眷顾的“临门一脚”。

点击查看大图

催化剂测试装置有点像是夏日雪碧。西湖大学

CAPist-L1因制备工艺简单、成本低廉、可重复度高、易放大化制备且具备超高OER活性和稳定性,展现出优良的工业化应用前景。
点击查看大图

文章截图

一次错误引发的突破

氢气,无疑是清洁、高效、可持续的能源。它的燃烧,只产生水,而且氢气燃烧产生的热量是天然气的2.56倍,是普通汽油的2.95倍。

氢原子无处不在,它只是被“束缚”在水中。自然界的光合作用就有把水“拆开”的魔力。

点击查看大图

CAPist-L1,材料呈现多孔的透气结构

而孙立成团队二十多年来研究并模仿这种能力,在光合作用以及清洁能源的研究上实现了诸多突破。

点击查看大图

孙立成教授

如Ru-bda新型催化剂的开发,解密光合作用“椅子魔术”的关键一环等等。

点击查看大图

电解水制氢实验室一角

学过初中化学都知道,电解水可以产生氢气和氧气,但这个过程需要催化剂,否则会耗费极大的电能,根本不划算。

目前,低温电解水制绿色氢气技术主要分为:碱性电解槽电解水制氢(AWE)、质子交换膜电解水制氢(PEM-WE)、阴离子交换膜电解水制氢(AEM-WE)。

其中,AEM-WE集合了前两者的优点被寄予厚望。

通俗讲,AEM-WE系统由阴离子交换膜隔开,让氧气和氢气在不同的电极处产生,阳极催化剂那一侧产生氧气,阴极催化剂那一侧则产生氢气。

但是,阳极侧OER催化剂却难以在大电流密度条件下维持高活性和高稳定性。

而化学反应必须守恒,假设水变成两份氢气的话,同时也会生成一份氧气,所以,阳极催化剂的催化效率问题就限制了AEM-WE的发展。

而一次"错误"却带来的神奇的突破。

点击查看大图

电解水实验装置(CAP)

2022年4月,彼时在CAP做博士后的李志恒在一次利用浸泡法制备镍铁基OER催化剂时不小心把乙醇(酒精)当作去离子水使用,结果发现在泡沫镍上长出来的催化剂OER性能居然非常不错,李志恒诧异之下他闻了闻加错的试剂,心想:我没喝酒,肯定是你“喝酒”了。

他们把样品拿到电镜下,发现这种催化剂如同花朵一样层层叠叠,孙立成教授当时就给它取名为“绣球花”。

点击查看大图

CAPist-L1催化剂的“绣球花”结构

孙立成教授凭借经验判断,这种层叠结构很可能有不错的催化稳定性。

但为什么会这样?

这让李志恒非常困惑。

此时,另外一位博士后林高鑫加入,一起进行理论层面的探索。

通过查找文献知道,催化剂的原料之一硫酸亚铁溶于水,但却几乎不溶于乙醇。

研究团队猜测,正是这种难溶特性造成了硫酸盐在乙醇和水混合溶液中的析出,形成了含纳米级不溶颗粒物的非均匀形核液相体系,这为催化剂晶体的生长提供了最初的“核”。

其实,大自然深谙这个过程,例如雨、雪、冰雹等的形成,也需要诸如灰尘作为相变所需的“核”。

点击查看大图

非均匀形核液相体系如何在泡沫镍基底上“生长”出催化剂

接下来的工作是优化制备方案,并在机制上进一步探明。
8 4
阅读全文
他们用异丙醇代替酒精,进一步完善了这套非均匀形核体系。

更难的在于机制研究。

面对OER催化活性和稳定性远超预期的测试数据,课题组内部的讨论尤其热烈,甚至怀疑过是不是仪器出问题了。

面临的挑战也许刚刚开始。

李志恒这样比喻:

“我们就像海尔兄弟,有问题就出发。”

点击查看大图

李志恒(左)和林高鑫(右)

研究团队通过对CAPist-L1成分、结构和形貌等逐项分析,终于发现在催化层和金属基底之间存在一层致密过渡层。

正是致密过渡层的存在,将催化层牢牢地锚定在金属基底上,提升了催化剂的活性和稳定性。

点击查看大图

电子显微镜下的CAPist-L1 可以明显观察到过渡层(标记为红色)

随着研究的深入,更有趣的发现出现了,过渡层并非在催化剂形成初期产生,而是在浸泡4小时后才开始缓慢出现……

这相当于,先建了一栋房子然后再打地基,但却十分牢固。

研究团队分析认为,非均匀形核液相体系中的纳米颗粒在最初的催化剂生长后,体系中的纳米颗粒继续在边界处的狭小空间里辅助生长出致密的晶体结构。

点击查看大图

过渡层随着时间生长的示意图 (红色部分为后期标注)

CAPist-L1的制备过程简单、成本低廉。

将泡沫镍浸入准备好的非均匀形核液相体系中,在25°C条件下浸泡24h,取出后用去离子水冲洗干净,烘干后即得到。

性能方面,从2022年5月份开始,在1000 mAcm-2的电流密度下,一直运行到2024年8月份,至今还未出现衰退的迹象。

其催化效率和稳定性远优于现已报道的催化剂。

点击查看大图

不同催化剂活性和稳定性对比测试

研究团队将CAPist-L1作为阳极催化剂进一步实际应用到了阴离子交换膜电解水制氢中,在60 °C及以上运行条件下,展现出超过美国能源部指标的制氢活性(1.8 V, 2000 mAcm-2)的性能。

这意味着阴离子交换膜电解水制氢的短板终于被补上了!

点击查看大图

阴离子交换膜电解水制氢 示意图

说回来,催化剂的名称为什么叫CAPist-L1?

CAP代表人工光合作用与太阳能燃料中心,ist代表催化剂系列,L取自李志恒和林高鑫的姓氏首字母恰好都是L,1代表第一代催化剂。

而新开发的非均匀形核体系不只是用于OER催化剂,也可以开发其他类型催化剂。

前段时间,科普博主毕导恰巧在西湖演讲,他说:“我喜欢科学的不期而遇。”

看起来是实验中的一次意外,让人类离高效制造绿色氢气又离近一步。但这背后,离不开实验室长期的探索所带来的准确经验判断和敏锐的直觉。

如讲席教授孙立成所言:道法自然,机会永远留给有准备的人。
8 4
阅读全文
一键询价
  • 意向车型
  • 购车城市
  • 选车城市
  • 姓  名
  • 手机号
一键询价,快速获取车型最低价
询价成功!我们会及时联系您,请您耐心等待
  • 车型报价 万起
  • 确定
    询底价
    询底价

    相关推荐

    热门信息

    精选专题

    精选专题

    爱卡汽车网隐私权声明
    <<爱卡汽车网隐私权声明>>

    生效日期:2017年5月9日
           我们非常重视保护用户的隐私权,请您在浏览本网站以及使用本网站的特定服务之前,仔细阅读本隐私权声明。使用本网站,即视为您同意本隐私权声明并同意本网站根据本隐私权声明收集、使用、披露您的个人信息。本隐私权声明主要包括如下内容:当您浏览本网站时,我们向您收集哪些信息;我们如何使用这些信息;我们会在何种情况下披露这些信息;以及您的选择。
           本隐私权声明适用于本网站收集的关于您的个人信息。请注意本网站可能包含连接到其他网站的链接,我们对这些其他网站的隐私权做法不承担任何责任。我们建议您仔细阅读您所浏览的其他网站的隐私权声明。
    1. 信息的收集
           您向我们提供的信息。 如果您仅仅浏览本网站的一般性内容,我们并不要求您提供任何个人信息。在您需要使用或浏览我们提供的特定服务或信息时(比如参加公共论坛讨论或直接联系本网站),在您的同意及确认下,我们可能会以线上或线下注册表格的形式要求您提供如下个人资料和信息:
           • 具体信息,比如姓名,年龄,出生日期,电子邮箱,电话号码,传真号码,手机号码,通讯地址等;
           • 一般性信息,比如您的性别,年龄,职业,教育,收入状况,婚姻家庭状况,兴趣爱好等;
           • 仅在特定情况下(比如您需要付费才能享有的服务或产品,或参加本网站参与或组织的抽奖或竞赛活动),我们会要求您提供个人付款信息和身份证件信息,比如信用卡号码或身份证及护照号码。
    我们自动收集的信息。当您浏览本网站时(不管是否注册或登录),本网站可能自动收集与您相关的如下信息:
           • 您的浏览器类型和浏览器语言、操作系统类型、宽带类型;
           • 您的IP (Internet Protocol)地址,该地址有时可以显示您所在地理位置;
           • 您在本网站内浏览过的页面、广告和链接;
           • 您访问本网站时发出的访问请求及其日期、时间和引荐网址(如有);
           • 通过Cookie标注您的浏览器的唯一性和在本网站的账户信息(包括您访问本网站的各项活动,浏览习惯,消费习惯,账户信息等);您可以通过修改浏览器设置的方式拒绝cookie,如果您拒绝cookie,您可能无法使用依赖于cookie才能提供的本网站服务或功能;
           • 我们可能会使用浏览器网络存储(包括 HTML 5)和应用程序数据缓存等机制,在您的设备上收集和存储您所浏览过的网页信息;
           • 当您使用本网站提供的具有定位功能的服务时,我们可能会收集并处理有关您实际所在位置的信息(例如移动设备发送的 GPS 信号),我们还可能使用各种技术进行定位,例如来自您设备的传感器数据就可以提供附近 Wi-Fi 接入点和移动运营商基站的信息。
           请注意,本隐私权声明不适用于任何向您提供服务的第三方主体,包括那些可能向本网站披露信息的第三方。
           如果您需要查询、更正您的个人信息或注销账号,请通过xcarhelp01@xcar.com.cn与我们联系并提供您的账号和其他验证信息,我们在核实后会回复您的请求。
    2. 信息的使用
           我们仅在必要的情况下(比如完成一项特定交易、参加一项优惠活动或有奖竞赛活动或根据法律法规要求)使用您的付款信息和个人身份证信息。
           关于您的其他个人信息,我们主要应用于如下方面:
           • 根据您的要求向您提供特定服务、产品或信息;
           • 授权您参加一项活动,比如调查问卷、网上论坛或优惠抽奖等;
           • 代表本网站客户、我们的关联公司、其他第三方等向您以短信、邮件等您预留的方式提供或发送电子资讯,广告信息,个性化广告或优惠信息,在此您接受、理解以上信息以以上形式的发送行为;
           • 分析用户对本网站的使用方式和使用习惯,以便改进我们的服务;
           • 阻止违法或潜在违法行为,阻止违反本网站用户协议的行为;
           • 我们在收集特定信息时向您披露的其他用途。
           • 用户在此授权爱卡汽车网站可以向其电子邮箱及提供的移动手机发送商业信息。
    3. 信息的披露
           我们致力于取得和维护您对我们的信任,因此我们使用商业上合理的技术和其他措施,帮助防止您的个人资料丢失、被盗用或遭篡改。同时,请了解我们仅会在如下情况下向特定主体披露您的个人信息:
           获得您的同意。在您同意的情况下,我们可能会与第三方商业伙伴分享您的个人信息。
           您的同意形式不但包括您任何形式的书面授权、默认以及您主动向网站中输入的和您有关的任何信息。
           • 授权的第三方服务提供者。我们可能会与第三方服务提供者分享信息,这些第三方服务提供者帮助我们提供专业服务,包括客户支持,电子邮件和短信应用,商业分析,市场推广和数据处理等。
           • 竞赛或促销。当您选择参加一项竞赛或促销或其他类似活动,则根据该活动规则,您的信息可能会被披露给赞助商、供应商和其他协助我们设计、管理和实施该项活动的第三方服务提供者,这些第三方服务提供者可能包括竞赛评委,奖品提供者,奖品快递者和整体数据分析者。您的信息还可能根据法律法规的要求被披露。此外,如果您报名参加一项活动,您将被视为同意遵守该项活动的规则,包括允许本网站赞助商使用您的名字、声音和图片进行广告和市场推广活动。
           • 重大交易。我们可能会在公司重大交易时披露您的信息,比如出售、并购和破产。
           • 法律法规或公权力部门要求。我们可能会根据法院、政府等司法、行政执法机构或法律法规的要求向其披露用户信息。
           • 在紧急情况下竭力维护用户个人和社会大众的隐私安全。
           • 遵从爱卡汽车产品服务程序。
           • 保护本网站和其他方利益。我们可能会为了保护本网站,本网站员工和用户、本网站合作伙伴和其他公众的合法权利、利益和安全而披露用户信息。
           • 第三方合作伙伴。如果您通过我们的网站申请参加线上或线下优惠等活动,或通过我们的网站向相关车型的经销商、厂商提供了您的个人信息,在此条件下您的个人信息可能会提供给以上相关第三方以便及时沟通或参加线下活动。
           我们承诺尽力保护您的个人信息,我们使用各种制度、安全技术和程序等措施来保护您的个人信息不被未经授权的访问、使用或泄露。但是请理解数据的传输和存储不存在100%的安全,因此我们不能向您绝对保证上述个人信息的安全性。
    4. 您的选择
           您可以选择浏览和使用本网站的信息而不提供您的个人信息,但是如上所述,某些信息可能会被自动收集。同时,本网站的特定信息和服务仅在您提供相关注册信息后方能使用,如果您无法提供此类信息,可能会不能使用对应服务。
           如果您注册了本网站,您可以随时查阅或编辑您提交给本网站的个人信息,但出于安全性和身份识别的考虑,您可能无法修改注册时提供的初始注册信息及其他验证信息。
    5. 用户发布信息
           本网站的部分服务允许用户发布自己的信息、视频、照片、观点、博客等等,请注意上述内容自发布之时起成为公开信息,请在公布您的联系信息、财务信息或其他个人信息之前做出谨慎判断。我们将无法阻止上述信息以不符合本隐私权声明和适用法律法规的方式被使用。此外,上述信息内容的发布受限于本网站的服务协议。
    6.未成年人的个人信息保护
           本网站非常重视对未成年人个人信息的保护。若您是18周岁以下的未成年人,在使用本网站的服务前,应事先取得您家长或法定监护人的书面同意。同时未成年人在经过书面同意的情况下使用网站服务的时候,必须遵守<<全国青少年网络文明公约>>。
    7. 隐私权声明的更新
           我们会时常更新本隐私权声明,以反映我们的操作实践、相关服务符合法律法规的变化。我们会在修订本隐私权声明时更新文首所载的“生效日期”,请您定期查阅。您继续使用本网站,即视为您同意本隐私权声明的更新的所有内容。
    8. 问题与投诉
           如果您对本隐私权声明或个人信息保护有任何问题,请通过电子邮件与我们联系:auto@xcar.com。我们会尽最大努力在合理时间内回复您。
    爱卡汽车
    回复 V
    0/1000
    打开APP 查看更多内容

    温馨提示

    前往爱卡APP, 阅读更多泛车化内容

    取消确定