使用可再生电力将二氧化碳/一氧化碳升级为多碳 C 2 + 产品,为更可持续的燃料和化学品生产提供了一种途径。醋酸盐是最具吸引力的产品之一,其有利可图的电合成需要效率更高的催化剂。本文报道了一种配位聚合物 (CP) 催化剂,该催化剂由通过 Cu(I)-咪唑配位键连接的 Cu(I) 和苯并咪唑单元组成,可在流动池中以 400 mA cm − 2 的电流密度将 CO 选择性还原为醋酸盐,相对于可逆氢电极,在 − 0.59 伏时法拉第效率为 61%。该催化剂集成在基于阳离子交换膜的膜电极组件中,可实现 190 小时的稳定醋酸盐电合成,同时实现从阴极液体流中直接收集浓缩醋酸盐(3.3 摩尔),CO 到醋酸盐转化的平均单程利用率为 50%,在电流密度为 250 mA cm − 2 时醋酸盐全电池平均能量效率为 15%。
有限的能源来源并将有害气体释放到二氧化碳和甲烷等大气中,是全球变暖和地球温度的年度升高的主要原因。过多的全球变暖正在打扰整个生态系统:海洋生物,野生动植物,人类等。由于冰川,海冰和极地冰盖的融化,世界海洋和海洋中的水量正在上升。极端挫折可能是由于极端天气造成的。除了房屋的上升和客户保险费用外,食品和能源价格还在上升。包括不断下降的旅游业和工业生产能力,能源,食物和水需求,灾难清理和边境紧张局势的因素对政府以及我们的经济产生了影响。1 - 3这已经引发了可再生和生态适当能源的大量研究。有效的储能系统,以使新的可持续能源有效地使用。通过提供可持续的电源和燃料多样性,可再生能源可改善能源安全,降低燃油泄漏的可能性,并减少对进口燃料的需求。使用这些绿色能源来保护国家的自然资源。可以通过存储来减少需求,并且可以节省任何成本,并将其传递给消费者。能源存储可以帮助满足人口稠密的地方的峰值能量需求,从而减少电网负载和价格上涨。4,5
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氧析出反应 (OER) 是所有使用水作为氢源的反应(如氢析出和电化学 CO 2 还原)的关键元素,而提供 OER 电催化剂上高活性位点的新型设计原理突破了它们实际应用的极限。本文证明了金簇负载在单层剥离层状双氢氧化物 (ULDH) 电催化剂上用于 OER 以在金簇和 ULDH 之间制造异质界面作为活性位点,同时伴随着活性位点氧化态的调节和界面直接 O O 偶联(“界面 DOOC”)。负载金簇的 ULDH 对 OER 表现出优异的活性,在 10 mA cm −2 时的过电位为 189 mV。 X射线吸收精细结构测量表明,从金团簇到超低分子量聚乙烯的电荷转移改变了三价金属离子的氧化态,而这些离子可以作为超低分子量聚乙烯上的活性位点。本研究采用高灵敏度的反射吸收红外光谱和调制激发光谱以及密度泛函理论计算相结合的光谱技术,表明金团簇和超低分子量聚乙烯界面处的活性位点通过界面DOOC促进了一种新的OER机制,从而实现了优异的催化性能。
生物质原料的价值化(例如涉及 5-羟甲基糠醛和甘油的氧化还原反应)也已被用于生产高价值燃料和化学品。3,4 电化学转换方案比传统的热方案有几个优势,包括(i)可在室温和常压下操作,5 (ii) 高度分布的基础设施,(iii) 在氢化反应中使用丰富的 H 2 O 分子代替昂贵的 H 2 和 (iv) 能够对所需产物实现高选择性,防止产生浪费/有毒的副产物。开发具有高内在活性和对所需产物的选择性的地球丰富且稳定的电催化剂对于广泛实施电化学能量转换方案至关重要。我们社区使用两种常见策略来提高电催化系统的活性:(a)通过增加催化剂负载或中观/纳米结构(通常称为粗糙化)来增加活性位点的数量和(b)发现/设计具有更高内在活性的新活性位点。前一种策略(a)的挑战是(1)催化剂在更宽的电极上的分布会导致质量传输的额外限制,(2)增加现有贵金属催化剂的负载会导致成本增加,以及(3)增加负载只能将几何活性提高最多三个数量级。6因此,提高电催化剂的内在活性是
摘要:在过去的几十年中,X 射线吸收光谱 (XAS) 已成为探测非均相催化剂结构和成分、揭示活性位点的性质以及建立催化剂结构模式、局部电子结构和催化性能之间联系的不可或缺的方法。本文将讨论 XAS 方法的基本原理,并描述用于解读 X 射线吸收近边结构 (XANES) 和扩展 X 射线吸收精细结构 (EXAFS) 光谱的仪器和数据分析方法的进展。本文将介绍 XAS 在非均相催化领域的最新应用,重点介绍与电催化相关的示例。后者是一个快速发展的领域,具有广泛的工业应用,但在实验表征限制和所需的高级建模方法方面也面临着独特的挑战。本综述将重点介绍使用 XAS 对复杂的现实世界电催化剂获得的新见解,包括其工作机制和化学反应过程中发生的动态过程。更具体地说,我们将讨论原位和原位 XAS 的应用,以探测催化剂与环境(载体、电解质、配体、吸附物、反应产物和中间体)的相互作用及其在适应反应条件时的结构、化学和电子转变。
2 School of Mechanical and Aerospace Engineering, Nanyang Technological University, 639798, Singapore 3 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China 4 Department of Chemical and Biomolecular Engineering, Yonsei University, Seoul 03722, Republic of Korea 5 SUNCAT Center for Interface Science and Catalysis, Department of Chemical Engineering, Stanford University, California 94305, USA 6 Cintra CNRS/NTU/Thales,Umi 3288,研究技术广场,637553,新加坡7催化理论中心,丹麦技术大学物理学系,丹麦林格比,丹麦2820 8材料学院,Sun Yat-Sen University,Sun Yat-Sen University,Sun Yat-Sen University,Sun Yat-Sen University,Puangzhou 510275,Cungzhou 510275 Nanyang Technological University Electronic Engineering,639798,新加坡†同等贡献通讯作者。*Byungchan Han:bchan@yonsei.ac.kr; ** pingqi gao:gaopq3@mail.sysu.edu.cn; *** hong li:ehongli@ntu.edu.sg电话:+0065 6790 5519
太阳能是唯一足以替代化石燃料的能源。然而,由于阳光的扩散性质,大规模利用太阳能需要高效的能量捕获和储存过程。[3] 光伏 (PV) 电池能够大规模地将太阳能转化为电能,但需要昂贵的储能设备(如电池)来储存和分配电能。储存和分配光伏电池产生的太阳能的另一种解决方案是将太阳能转化成化学能的形式(尤其是 H2 的形式)并储存起来。作为能源载体,H2 具有几个明显的优势,例如易于储存和运输、能量密度高(700 个大气压下约 140 MJKg @ 1)并且没有碳排放(H2 的唯一燃烧产物是水)。[4]