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基于Cu与金属氧化物-KCl熔融介质的甲烷热解制备少层石墨烯与氢气联产研究
1
作者
杨茗凯
黄泽皑
+7 位作者
周芸霄
刘彤
张魁魁
谭浩
刘梦颖
詹俊杰
陈国星
周莹
《无机材料学报》
北大核心
2025年第5期473-480,I0001,I0002,共10页
甲烷热解是一种利用化石能源制备高附加值碳材料和氢气的技术。然而,传统的化学气相沉积(CVD)法和熔融金属催化法在制备石墨烯时存在固体催化剂失活、石墨烯与催化剂分离困难以及反应温度高(≥1100℃)等问题,限制了其工业化应用。本研...
甲烷热解是一种利用化石能源制备高附加值碳材料和氢气的技术。然而,传统的化学气相沉积(CVD)法和熔融金属催化法在制备石墨烯时存在固体催化剂失活、石墨烯与催化剂分离困难以及反应温度高(≥1100℃)等问题,限制了其工业化应用。本研究提出了通过金属Cu与金属氧化物-KCl熔融介质催化甲烷热解制备石墨烯的创新方案。通过添加金属氧化物(Al_(2)O_(3)、TiO_(2)、ZrO_(2)、MgO、SiO_(2))作为分散剂,增强了Cu球活性位点的分散性,特别是Cu球体积分数为50%的Cu/ZrO_(2)和Cu球体积分数为75%的Cu/MgO催化剂,可有效制备少层石墨烯。前者表现出最佳活性,其甲烷转化率为22%,氢气产率为21.5 mmol/h,而且能产生大面积、平整的少层石墨烯。本研究为甲烷热解联产石墨烯与氢气的工业化发展提供了新的技术路线,未来有望实现石墨烯的规模化制备。
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关键词
甲烷热解
熔融介质
少层石墨烯
氢气
铜/金属氧化物
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职称材料
甲烷裂解制氢和碳材料工艺研究进展
被引量：
8
2
作者
黄泽皑
周芸霄
+5 位作者
张魁魁
刘梦颖
杨茗凯
詹俊杰
刘彤
周莹
《低碳化学与化工》
CAS
北大核心
2024年第9期1-11,共11页
双碳背景下,化石能源的清洁高效利用已成为能源结构转型中的重要发展方向。甲烷作为最清洁的化石能源之一,对其进行清洁高效利用被视为能源转型中具备良好发展前景的关键技术之一,受到了广泛关注。甲烷裂解制氢工艺具有在制备高纯度H_(2...
双碳背景下,化石能源的清洁高效利用已成为能源结构转型中的重要发展方向。甲烷作为最清洁的化石能源之一,对其进行清洁高效利用被视为能源转型中具备良好发展前景的关键技术之一,受到了广泛关注。甲烷裂解制氢工艺具有在制备高纯度H_(2)和碳材料的同时不直接产生CO_(2)的优点。总结了流化床中催化甲烷裂解、等离子体甲烷裂解和熔融介质法甲烷裂解这3类典型的甲烷裂解制氢工艺,并围绕工艺的原理、优缺点以及研究进展等方面展开了介绍。以上3类工艺中,流化床中催化甲烷裂解制氢所需能量最少,但催化剂易积碳导致反应不可持续进行,且碳材料与催化剂的分离难度大,影响下游使用。等离子体甲烷裂解制氢的转化率高,但需要大量的能量输入。熔融介质法甲烷裂解制氢的能耗较低,碳材料漂浮在熔融介质表面,不影响反应的持续进行,且易于分离和收集,但高温熔融介质对反应器材质的要求较高,纯化碳材料的成本也会影响该工艺工业化的经济性。结合可再生能源是未来实现清洁高效的甲烷裂解制氢的发展趋势,通过利用太阳能、风能等可再生能源来提供裂解过程中所需的能量,可减少对传统能源的依赖。从目前的研究和发展趋势来看,结合可再生能源的熔融介质法甲烷裂解制氢工艺有望成为甲烷裂解制氢和碳材料的关键工艺。
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关键词
天然气
甲烷裂解
制氢
碳材料
反应工艺
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职称材料
题名
基于Cu与金属氧化物-KCl熔融介质的甲烷热解制备少层石墨烯与氢气联产研究
1
作者
杨茗凯
黄泽皑
周芸霄
刘彤
张魁魁
谭浩
刘梦颖
詹俊杰
陈国星
周莹
机构
西南石油大学新能源与材料学院
西南石油大学油气藏地质及开发工程全国重点实验室
达姆施塔特工业大学材料与地球科学系
出处
《无机材料学报》
北大核心
2025年第5期473-480,I0001,I0002,共10页
基金
国家自然科学基金杰出青年基金(52325401)
四川省重点研发项目(2023YFG0106)。
文摘
甲烷热解是一种利用化石能源制备高附加值碳材料和氢气的技术。然而,传统的化学气相沉积(CVD)法和熔融金属催化法在制备石墨烯时存在固体催化剂失活、石墨烯与催化剂分离困难以及反应温度高(≥1100℃)等问题,限制了其工业化应用。本研究提出了通过金属Cu与金属氧化物-KCl熔融介质催化甲烷热解制备石墨烯的创新方案。通过添加金属氧化物(Al_(2)O_(3)、TiO_(2)、ZrO_(2)、MgO、SiO_(2))作为分散剂,增强了Cu球活性位点的分散性,特别是Cu球体积分数为50%的Cu/ZrO_(2)和Cu球体积分数为75%的Cu/MgO催化剂,可有效制备少层石墨烯。前者表现出最佳活性,其甲烷转化率为22%,氢气产率为21.5 mmol/h,而且能产生大面积、平整的少层石墨烯。本研究为甲烷热解联产石墨烯与氢气的工业化发展提供了新的技术路线,未来有望实现石墨烯的规模化制备。
关键词
甲烷热解
熔融介质
少层石墨烯
氢气
铜/金属氧化物
Keywords
methane pyrolysis
molten medium
few-layer graphene
hydrogen
copper/metal oxide
分类号
O643 [理学—物理化学]
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职称材料
题名
甲烷裂解制氢和碳材料工艺研究进展
被引量：
8
2
作者
黄泽皑
周芸霄
张魁魁
刘梦颖
杨茗凯
詹俊杰
刘彤
周莹
机构
西南石油大学新能源与材料学院
西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室
出处
《低碳化学与化工》
CAS
北大核心
2024年第9期1-11,共11页
基金
国家自然科学基金(22209136)
四川省重点研发项目(23ZDYF0179,22ZDYF3690)
四川省自然科学基金(2023NSFSC0108)。
文摘
双碳背景下,化石能源的清洁高效利用已成为能源结构转型中的重要发展方向。甲烷作为最清洁的化石能源之一,对其进行清洁高效利用被视为能源转型中具备良好发展前景的关键技术之一,受到了广泛关注。甲烷裂解制氢工艺具有在制备高纯度H_(2)和碳材料的同时不直接产生CO_(2)的优点。总结了流化床中催化甲烷裂解、等离子体甲烷裂解和熔融介质法甲烷裂解这3类典型的甲烷裂解制氢工艺,并围绕工艺的原理、优缺点以及研究进展等方面展开了介绍。以上3类工艺中,流化床中催化甲烷裂解制氢所需能量最少,但催化剂易积碳导致反应不可持续进行,且碳材料与催化剂的分离难度大,影响下游使用。等离子体甲烷裂解制氢的转化率高,但需要大量的能量输入。熔融介质法甲烷裂解制氢的能耗较低,碳材料漂浮在熔融介质表面,不影响反应的持续进行,且易于分离和收集,但高温熔融介质对反应器材质的要求较高,纯化碳材料的成本也会影响该工艺工业化的经济性。结合可再生能源是未来实现清洁高效的甲烷裂解制氢的发展趋势,通过利用太阳能、风能等可再生能源来提供裂解过程中所需的能量,可减少对传统能源的依赖。从目前的研究和发展趋势来看,结合可再生能源的熔融介质法甲烷裂解制氢工艺有望成为甲烷裂解制氢和碳材料的关键工艺。
关键词
天然气
甲烷裂解
制氢
碳材料
反应工艺
Keywords
natural gas
methane pyrolysis
hydrogen production
carbon products
reaction technology
分类号
TE06 [石油与天然气工程]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
基于Cu与金属氧化物-KCl熔融介质的甲烷热解制备少层石墨烯与氢气联产研究
杨茗凯
黄泽皑
周芸霄
刘彤
张魁魁
谭浩
刘梦颖
詹俊杰
陈国星
周莹
《无机材料学报》
北大核心
2025
0
在线阅读
下载PDF
职称材料
2
甲烷裂解制氢和碳材料工艺研究进展
黄泽皑
周芸霄
张魁魁
刘梦颖
杨茗凯
詹俊杰
刘彤
周莹
《低碳化学与化工》
CAS
北大核心
2024
8
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职称材料
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