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In situ fabrication of hierarchical NiX@CNT:An efficient bifunctional electrocatalyst for water splitting
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作者 ZHANG Bai-qing YIN Zhuo-xun +5 位作者 MA Xin-zhi ZHOU Yang LI Jin-long WANG Yu-ping WAN Li-juan MA Zhan-chun 《Journal of Central South University》 2025年第6期2114-2128,共15页
Developing efficient,durable,and precious metal-free electrocatalysts is currently a huge challenge.In this article,through a simple one-step high-temperature pyrolysis method,by incorporating various non-metallic ele... Developing efficient,durable,and precious metal-free electrocatalysts is currently a huge challenge.In this article,through a simple one-step high-temperature pyrolysis method,by incorporating various non-metallic element atoms,we prepared four different NiX(X=Cl_(2),(CH_(3)COO)_(2),(NO_(3))2,SO_(4))@CNT catalysts.Additionally,by adjusting the temperature,these four materials were expanded into twelve catalyst materials for comparative optimization of hydrogen evolution reaction(HER)and oxygen evolution reaction(OER)activity.Ultimately,Ni(NO_(3))2@CNT-900 typically exhibits superior OER and HER activity.In 1 mol/L KOH solution with a current density of 10 mA/cm^(2),the overpotentials of HER and OER of Ni(NO_(3))2@CNT-900 are only 145 mV and 300 mV,respectively.Furthermore,the Ni(NO_(3))2@CNT-900 shows excellent durability in both HER and OER. 展开更多
关键词 water splitting ELECTROCATALYSTS hydrogen evolution reaction(HER) oxygen evolution reaction(OER)
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Rate Law for Photoelectrochemical Water Splitting Over CuO
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作者 Bo-Yuan Gao Wen-HuaLeng 《电化学(中英文)》 CAS 北大核心 2024年第8期17-27,共11页
Photocatalytic splitting of water over p-type semiconductors is a promising strategy for production of hydrogen.However,the determination of rate law is rarely reported.To this purpose,copper oxide(CuO)is selected as ... Photocatalytic splitting of water over p-type semiconductors is a promising strategy for production of hydrogen.However,the determination of rate law is rarely reported.To this purpose,copper oxide(CuO)is selected as a model photocathode in this study,and the photogenerated surface charge density,interfacial charge transfer rate constant and their relation to the water reduction rate(in terms of photocurrent)were investigated by a combination of(photo)electrochemical techniques.The results showed that the charge transfer rate constant is exponential-dependent on the surface charge density,and that the photocurrent equals to the product of the charge transfer rate constant and surface charge density.The reaction is first-order in terms of surface charge density.Such an unconventional rate law contrasts with the reports in literature.The charge density-dependent rate constant results from the Fermi level pinning(i.e.,Galvani potential is the main driving force for the reaction)due to accumulation of charge in the surface states and/or Frumkin behavior(i.e.,chemical potential is the main driving force).This study,therefore,may be helpful for further investigation on the mechanism of hydrogen evolution over a CuO photocathode and for designing more efficient CuO-based photocatalysts. 展开更多
关键词 CUO Photoelectrochemical water splitting Electrochemical impedance spectroscopy Rate law Kinetics of photogenerated carriers
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Light energy conversion device for photocatalyst 2.0%WO_3-TiO_2 with oxygen vacancies for water splitting
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作者 童海霞 陈启元 +1 位作者 胡慧萍 尹周澜 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS 2010年第5期943-946,共4页
Using carbon felt, polytetrafluoroethylene latex and powder catalyst to assembly a light energy conversion device, the photocatalytic activity of catalyst 2.0%WO3-TiO2 (2%WO3 compounding TiO2) with oxygen vacancies ... Using carbon felt, polytetrafluoroethylene latex and powder catalyst to assembly a light energy conversion device, the photocatalytic activity of catalyst 2.0%WO3-TiO2 (2%WO3 compounding TiO2) with oxygen vacancies was studied through the water splitting for O2 evolution, using a high pressure mercury lamp as the light source and Fe^3+ as the electron acceptor in two different devices: an ordinary photolysis device with catalyst powder suspending through a magnetic stirrer and a self-assembly light energy conversion device. The results show that after 12 h irradiation, the photocatalytic activity of 2.0%WO3-TiO2 with oxygen vacancies in the self-assembly light energy conversion device is higher than that of the ordinary photolysis device, and the amount of oxygen evolution is about 12 and 9 mmol/L respectively in these two devices. After 12 h, the rates of 02 evolution are slow in each device and the photocatalyst almost loses the photoactivity in the ordinary photolysis device. So, compared with the ordinary photocatalytic device, the rate of oxygen evolution and the life time of the catalyst are improved in the self-assembly light energy conversion device. 展开更多
关键词 light energy conversion device photocatalytic activity 02 evolution oxygen vacancy photo splitting water
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Mott-Schottky electrocatalysts for water splitting
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作者 PAN Jing FU Danfei +2 位作者 YANG Hao LUO Bifu YANG Zhongjie 《燃料化学学报(中英文)》 2025年第9期1300-1319,共20页
The electron configuration of the active sites can be effectively modulated by regulating the inherent nanostructure of the electrocatalysts,thereby enhancing their electrocatalytic performance.To tackle the unexplore... The electron configuration of the active sites can be effectively modulated by regulating the inherent nanostructure of the electrocatalysts,thereby enhancing their electrocatalytic performance.To tackle the unexplored challenge of substantial electrochemical overpotential,surface reconstruction has emerged as a necessary strategy.Focusing on key aspects such as Janus structures,overflow effects,the d-band center displacement hypothesis,and interface coupling related to electrochemical reactions is essential for water electrolysis.Emerging as frontrunners among next-generation electrocatalysts,Mott-Schottky(M-S)catalysts feature a heterojunction formed between a metal and a semiconductor,offering customizable and predictable interfacial synergy.This review offers an in-depth examination of the processes driving the hydrogen and oxygen evolution reactions(HER and OER),highlighting the benefits of employing nanoscale transition metal nitrides,carbides,oxides,and phosphides in M-S heterointerface catalysts.Furthermore,the challenges,limitations,and future prospects of employing M-S heterostructured catalysts for water splitting are thoroughly discussed. 展开更多
关键词 Mott-Schottky electrocatalysts water splitting heterojunctions semiconductors
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Electro‑copolymerized film of ruthenium catalyst and redox mediator for electrocatalytic water oxidation
5
作者 WANG Hao TANG Kun +2 位作者 SHAO Jiangyang WANG Kezhi ZHONG Yuwu 《无机化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2024年第11期2193-2202,共10页
Electro-copolymerized film containing ruthenium complexes as electron-transfer(or redox)mediators and water-oxidation catalysts by an oxidative copolymerization method is presented.The addition of the redox mediator s... Electro-copolymerized film containing ruthenium complexes as electron-transfer(or redox)mediators and water-oxidation catalysts by an oxidative copolymerization method is presented.The addition of the redox mediator significantly improved the electrocatalytic water-oxidation activity and reduced the overpotential to 220 mV.The prepared electrode showed a water-oxidation catalytic rate constant kobs of 31.7 s^(-1)and an initial turnover frequency of 1.01 s^(-1)in 1000 s by potential electrolysis at 1.7 V applied bias vs NHE(normal hydrogen electrode).The kinetic isotope effect study suggests that the catalytic water oxidation reaction on the electrode surface occurs via a bimolecular coupling mechanism. 展开更多
关键词 water oxidation water splitting ruthenium complexes ELECTROPOLYMERIZATION ELECTROCATALYSIS
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电极振动对光电催化分解水气泡动力学的影响
6
作者 徐强 聂腾飞 +4 位作者 叶星淼 佘永璐 罗欣怡 王孟莎 郭烈锦 《西安交通大学学报》 北大核心 2025年第2期13-22,共10页
为解决光电催化分解水反应器中气泡长时间附着于光电极表面,从而导致有效活化面积减少和产气效率下降的问题,构建耦合振动系统的光电分解水制氢气泡动力学可视化实验平台,提出通过给电极施加不同振幅和频率振动以加速气泡脱离光电极表... 为解决光电催化分解水反应器中气泡长时间附着于光电极表面,从而导致有效活化面积减少和产气效率下降的问题,构建耦合振动系统的光电分解水制氢气泡动力学可视化实验平台,提出通过给电极施加不同振幅和频率振动以加速气泡脱离光电极表面的方法。首先,记录静止电极表面单个气泡演化过程中的电信号和几何参数;然后,对比不同频率及振幅下气泡生长过程中电流和电势的变化情况;最后,分析振动对气泡几何特性的影响。研究结果表明:振动频率和振幅的增加能够提高反应过程中的光电流,降低电势,使得反应阻力下降;增加振动频率和振幅均能显著减小气泡脱离尺寸,从而加速气泡的脱离;当振动频率为70 Hz时,施加振动后气泡的脱离直径比无振动时最大减小了321μm,减小幅度约为48%;施加振动后,气泡直径为生长时间的幂函数,且气泡生长依次受惯性和化学反应控制。该研究可为光电催化分解水反应器的优化设计提供新思路。 展开更多
关键词 气泡脱离 振动频率 光电催化分解水 振幅
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涉水边坡预裂爆破参数优化试验研究
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作者 钟冬望 陶好好 +5 位作者 李琳娜 李腾飞 何理 司剑峰 万佳伟 高晗 《爆破》 北大核心 2025年第2期31-43,128,共14页
边坡预裂爆破在河道边坡一次成型开挖中有着广泛的应用,可有效减小边坡面保留岩体损伤,降低爆破振动强度,研究涉水边坡预裂爆破的合理参数对河道涉水爆破开挖工程具有重要意义。基于相似原理中的几何相似、物理相似与动力学相似设计了... 边坡预裂爆破在河道边坡一次成型开挖中有着广泛的应用,可有效减小边坡面保留岩体损伤,降低爆破振动强度,研究涉水边坡预裂爆破的合理参数对河道涉水爆破开挖工程具有重要意义。基于相似原理中的几何相似、物理相似与动力学相似设计了涉水边坡预裂爆破的试验模型,决定采用混凝土替代红砂岩、采用雷管替代乳化炸药进行试验;并对不同工况下的预裂缝成缝质量、边坡坡面成型质量、保留岩体损伤进行监测,结果发现孔径由0.8 cm增加至1.2 cm,预裂缝的成缝质量以及边坡成型质量有明显提升,保留岩体的损伤降低24.86%;现场试验结果表明:在涉水边坡预裂爆破工程实践中,当地质条件为中硬岩石时,采用115 mm的预裂孔孔径以及80 cm的预裂孔孔距,可取得较好的爆破效果。研究结果可为类似工程项目的预裂孔参数优化提供参考依据。 展开更多
关键词 涉水边坡 预裂爆破 预裂孔参数优化 岩体损伤 模型试验
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直接Z-型BAs/Ga_(2)SO范德华异质结光催化分解水研究 被引量:1
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作者 许康 黄欣 杨志红 《原子与分子物理学报》 CAS 北大核心 2025年第6期10-16,共7页
基于第一性原理计算,系统研究了BAs/Ga_(2)SO异质结的光催化分解水性能.结果表明:BAs/Ga_(2)SO异质结具有良好的热力学稳定性并表现出交错的能带排列方式,带隙值为0.73 eV,界面处存在从BAs指向Ga_(2)SO的内建电场使其形成了直接Z-型异质... 基于第一性原理计算,系统研究了BAs/Ga_(2)SO异质结的光催化分解水性能.结果表明:BAs/Ga_(2)SO异质结具有良好的热力学稳定性并表现出交错的能带排列方式,带隙值为0.73 eV,界面处存在从BAs指向Ga_(2)SO的内建电场使其形成了直接Z-型异质结,能够有效分离光生电子-空穴对.另外,异质结的带边位置可以跨越水的氧化还原电位,析氢反应发生在BAs侧而析氧反应发生在Ga_(2)SO侧.最后,基于吉布斯自由能变化计算,发现在有光照时,析氢和析氧反应在BAs/Ga_(2)SO异质结表面可自发进行.以上结果表明BAs/Ga_(2)SO异质结是有潜力的光催化分解水材料. 展开更多
关键词 第一性原理计算 直接Z型异质结 光催化分解水 吉布斯自由能
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双层复合Si-PEDOT-Co_(3)O_(4)光阳极的制备及其光电催化解水性能研究
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作者 杨晓宇 何漩 +5 位作者 赵雷 陈辉 方伟 杜星 李薇馨 王大珩 《功能材料》 北大核心 2025年第8期8087-8095,共9页
Si基光电极在中性溶液中进行分解水时存在电荷易复合及反应动力学缓慢的问题。基于此,通过简易的两步电沉积法在n-Si表面构筑具有高导电性的聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)(PEDOT)层及高催化活性的四氧化三钴(Co_(3)O_(4))纳米片垂直阵列层的... Si基光电极在中性溶液中进行分解水时存在电荷易复合及反应动力学缓慢的问题。基于此,通过简易的两步电沉积法在n-Si表面构筑具有高导电性的聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)(PEDOT)层及高催化活性的四氧化三钴(Co_(3)O_(4))纳米片垂直阵列层的双层复合Si-PEDOT-Co_(3)O_(4)光阳极。光电阳极中PEDOT与Si的匹配的能带结构在界面形成内建电场,促进光生空穴的有效提取;另一方面利用PEDOT的高导电性将光生空穴快速迁移至表面的Co_(3)O_(4)纳米片垂直阵列层,通过Co_(3)O_(4)中大量暴露的反应活性位点,促进表面水氧化反应进行,使其在中性溶液中光电催化析氧速率提升至23.4μmol·cm^(-2)·h^(-1),约为原始n-Si电极的3倍,这为高效Si基光阳极的简易制备及规模化应用提供了研究基础。 展开更多
关键词 Si基光阳极 光电催化水分解 电荷分离及转移 表面反应动力学
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双金属协同电催化及其在典型反应中的应用研究进展
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作者 杨天璇 武美霞 +5 位作者 陈宁 唐昌强 赵强 王俊丽 郭永 李作鹏 《燃料化学学报(中英文)》 北大核心 2025年第2期211-230,共20页
近年来,双金属非均相协同催化剂的设计和制备,已成为当前材料与催化领域的研究热点。两种组分之间的适当组合,会极大地提升催化剂的催化性能,并且该催化性能提高的程度明显大于单独使用时的催化性能,因而被认为各组分之间存在着相互协... 近年来,双金属非均相协同催化剂的设计和制备,已成为当前材料与催化领域的研究热点。两种组分之间的适当组合,会极大地提升催化剂的催化性能,并且该催化性能提高的程度明显大于单独使用时的催化性能,因而被认为各组分之间存在着相互协同的催化作用。过去的十几年里,双金属协同催化剂在低温燃料电池和电解水制氢领域取得了巨大的进展,本工作总结了近年来双金属协同催化剂在电化学领域中的相关研究,综述了PtRu、NiFe、PtNi三种典型双金属协同催化剂在甲醇氧化、析氧及氧还原方面的协同反应机理及研究进展。从物理化学性质的改变和电子结构的优化多角度分析了第二种金属的加入对催化剂的影响和改变,最后对双金属协同电催化剂的未来发展方向做出了展望。 展开更多
关键词 双金属 协同催化 甲醇氧化 电解水制氢 析氧 氧还原
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高熵合金及高熵陶瓷在电解水中的应用进展
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作者 彭凯 赵新怡 +3 位作者 陈子茜 张旭海 曾宇乔 蒋建清 《无机化学学报》 北大核心 2025年第7期1257-1275,共19页
析氢、析氧的动力学过程迟缓,带来电解水制氢能效低、成本高的问题,给绿氢的大规模应用设置了严重障碍。开发具有低成本、高催化性能的催化材料,是突破这一瓶颈问题的关键环节。近年来,高熵材料因其优异的物理和化学性能在各领域受到广... 析氢、析氧的动力学过程迟缓,带来电解水制氢能效低、成本高的问题,给绿氢的大规模应用设置了严重障碍。开发具有低成本、高催化性能的催化材料,是突破这一瓶颈问题的关键环节。近年来,高熵材料因其优异的物理和化学性能在各领域受到广泛关注。高的混合熵可以赋予材料大的晶格畸变、显著的迟滞扩散效应和“鸡尾酒”效应,为催化剂的成分设计和性能提升提供了良好平台。高熵材料也因此开始在电解水制氢领域崭露头角,并迅速成为解决绿氢制备低能效问题的一种理想催化剂,是该领域当前的一个研究热点。鉴于此,本文综述了高熵合金和高熵陶瓷在电解水催化方面的研究现状。文章首先基于电解水反应机制,总结了高熵合金、高熵陶瓷催化剂的成分设计和结构调控策略,梳理了用于析氢和析氧催化的不同高熵合金、高熵陶瓷成分体系,介绍了高熵电解水催化剂的合成方法,并对其优缺点进行了评估,最后对该领域面临的挑战和未来发展方向进行了展望,以期为低成本、高性能高熵电解水催化剂的开发提供新思路,促进绿氢相关技术的研究和发展。 展开更多
关键词 高熵合金 高熵陶瓷 电解水 析氢反应 析氧反应
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反应温度对光电极表面气泡动力学及传质特性的影响
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作者 佘永璐 徐强 +2 位作者 罗欣怡 聂腾飞 郭烈锦 《化工进展》 北大核心 2025年第3期1243-1252,共10页
与光电分解水有关的一个重大难点是由于电极表面的气泡覆盖而引起的阳极反应速率降低。采用耦合电化学测试与高速摄像的实验系统,实现了TiO_(2)光电极表面气泡行为的原位观察,研究了温度对反应传质以及气泡动力学的影响规律。结果表明,... 与光电分解水有关的一个重大难点是由于电极表面的气泡覆盖而引起的阳极反应速率降低。采用耦合电化学测试与高速摄像的实验系统,实现了TiO_(2)光电极表面气泡行为的原位观察,研究了温度对反应传质以及气泡动力学的影响规律。结果表明,升高反应温度能够显著提高光电流密度与析气效率。在气泡演化过程中,气泡生长系数随着反应温度的升高而增大,涉及单相自然对流与气液界面扩张微对流的边界层内传质作用增强。其中,尽管单相自然对流占传质的主导作用,但随着反应温度的升高气液界面扩张引起的微对流传质作用逐渐增强。此外,气泡脱离尺寸和生长周期随着反应温度的升高而减小,考虑温度与浓度马兰戈尼力的影响建立气泡生长过程的动力学模型,预测值与实验结果接近。 展开更多
关键词 光电催化分解水 气泡 温度 传质 微对流 马兰戈尼力
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Ni掺杂Mo_(2)C/C双功能催化剂的制备及其电解水性能的研究
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作者 陈鸿明 范胜琪 +4 位作者 宋琪 蒋玲 陈拥军 李建保 张雪艳 《人工晶体学报》 北大核心 2025年第1期158-164,共7页
随着全球环境问题的日益突出,化石燃料的日益枯竭,寻找可再生能源成为了一项艰巨的任务。电解水制氢通过析氢反应(HER)和析氧反应(OER)同时产生氢气和氧气,是一种高效、绿色的制氢方法,吸引了越来越多的科研人员的兴趣。但是,目前商用... 随着全球环境问题的日益突出,化石燃料的日益枯竭,寻找可再生能源成为了一项艰巨的任务。电解水制氢通过析氢反应(HER)和析氧反应(OER)同时产生氢气和氧气,是一种高效、绿色的制氢方法,吸引了越来越多的科研人员的兴趣。但是,目前商用贵金属催化剂(Pt/C和RuO_(2)/IrO_(2))价格贵且储量少,因此,开发具有高性能、低成本、高稳定性的非贵金属电催化剂成为了研究热点。本文通过简单的盐模板热解法成功制备了具有三维(3D)纳米片结构的Ni@Mo_(2)C/C催化剂。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对Ni@Mo_(2)C/C的组成、形貌及结构进行了表征,通过X射线光电子衍射仪(XPS)对元素组成及元素价态进行了分析,并考察了Ni@Mo_(2)C/C的电化学性能。结果表明,在电流密度为10 mA·cm^(-2)时,Ni@Mo_(2)C/C催化剂的HER和OER的过电位分别为47和232 mV。在全解水测试中,仅需要1.61 V即可驱动10 mA·cm^(-2)的电流密度,且可持续稳定工作100 h。 展开更多
关键词 Mo_(2)C Ni掺杂 析氢反应 析氧反应 全解水 双功能催化剂
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单层Janus Ga_(2)SSe光催化水解性质的第一性原理研究
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作者 胡新华 廖杨芳 《原子与分子物理学报》 CAS 北大核心 2025年第3期45-51,共7页
光催化水解制氢为解决能源危机和环境污染问题提供了一种可行的策略.本文通过第一性原理计算,提出了单层Janus Ga_(2)SSe是一种有效的水解光催化剂.结构稳定性分析表明,单层Janus Ga_(2)SSe具有能量和动力学稳定性.电子性质表明,单层Jan... 光催化水解制氢为解决能源危机和环境污染问题提供了一种可行的策略.本文通过第一性原理计算,提出了单层Janus Ga_(2)SSe是一种有效的水解光催化剂.结构稳定性分析表明,单层Janus Ga_(2)SSe具有能量和动力学稳定性.电子性质表明,单层Janus Ga_(2)SSe属于间接带隙半导体,有利于降低载流子的复合几率.光催化性能分析表明,单层Janus Ga_(2)SSe的能带边缘位置适合PH=0~14宽范围的光催化水解.此外,单层Janus Ga_(2)SSe具有较高的紫外光和可见光吸收、较大的内建电场、较小的载流子有效质量保证了光生载流子有效分离并快速迁移到反应活性位点参与水的氧化还原反应.研究结果为单层Janus Ga_(2)SSe的合成及其作为水解光催化剂的潜在应用提供了有价值的理论指导. 展开更多
关键词 Janus材料 光催化水解 第一性原理
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光催化剂分解水制取氢气的研究进展
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作者 郭鹏宇 张栢宁 +1 位作者 游传绪 张宗弢 《吉林大学学报(理学版)》 北大核心 2025年第1期160-172,共13页
随着化石燃料的迅速消耗和污染的日益严重,开发和利用清洁能源越来越重要.将太阳能转化为清洁氢能的光催化技术是一种有效的解决方案.由于受水分解电极电位的限制,需解决光催化剂带隙与太阳光强度之间的矛盾,因此,开发和利用具有可见光... 随着化石燃料的迅速消耗和污染的日益严重,开发和利用清洁能源越来越重要.将太阳能转化为清洁氢能的光催化技术是一种有效的解决方案.由于受水分解电极电位的限制,需解决光催化剂带隙与太阳光强度之间的矛盾,因此,开发和利用具有可见光响应能力的光催化剂具有重要意义.综述光催化剂的发展和光催化原理,讨论其巨大的发展潜力,并介绍最常见的几种光催化剂和现阶段的研究进展. 展开更多
关键词 光催化 氢气 水分解
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用于光电催化水分解的硒化锑光电阴极研究进展
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作者 李玟 朱帅帅 +2 位作者 马增能 郑毅 张静 《燃料化学学报(中英文)》 北大核心 2025年第7期1025-1037,共13页
p型半导体硒化锑(Sb_(2)Se_(3)),在可见光区具有较高的吸收系数(>10^(5)cm^(–1)),带隙约为1.1 eV,具有固定正交相的简单二元组成,毒性低,成分丰富,是一种优秀的光吸收剂。由于其优异的光电化学性质,近年来已被应用于光催化(PEC)太... p型半导体硒化锑(Sb_(2)Se_(3)),在可见光区具有较高的吸收系数(>10^(5)cm^(–1)),带隙约为1.1 eV,具有固定正交相的简单二元组成,毒性低,成分丰富,是一种优秀的光吸收剂。由于其优异的光电化学性质,近年来已被应用于光催化(PEC)太阳能水分离制氢中。本工作首先概述了Sb_(2)Se_(3)结构和基本性质,然后重点研究了基于Sb_(2)Se_(3)光电阴极在PEC水分解中的应用,并通过形貌调控、异质结构建、杂原子掺杂、助催化剂改性等方法提高太阳能制氢(STH)效率。最后,我们讨论了未来进一步探索基于Sb_(2)Se_(3)光电阴极研究的可能方向。 展开更多
关键词 硒化锑 光电阴极 光电催化 水分解
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氮掺杂多孔碳化钼纳米棒的制备及在酸碱条件下的析氢性能
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作者 王乙童 曹圆圆 +6 位作者 周丽娜 叶荣榕 李娣 刘芯辛 郭彪 周丽景 赵震 《高等学校化学学报》 北大核心 2025年第8期73-83,共11页
电解水制氢技术凭借资源可再生性、产物零碳排放及高纯度氢气产出等优势,被视为绿氢规模化生产的理想途径.作为电解水反应的核心半反应,析氢反应(HER)的动力学迟缓特性制约了其能量转换效率.因此,开发兼具高活性与稳定性的析氢电催化剂... 电解水制氢技术凭借资源可再生性、产物零碳排放及高纯度氢气产出等优势,被视为绿氢规模化生产的理想途径.作为电解水反应的核心半反应,析氢反应(HER)的动力学迟缓特性制约了其能量转换效率.因此,开发兼具高活性与稳定性的析氢电催化剂是推动该技术实用化的关键挑战.本文通过调控碳化温度与葡萄糖含量等关键合成参数,制备了具有多孔结构的氮掺杂碳化钼纳米棒催化剂.采用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、氮气吸附-脱附实验、拉曼光谱(Raman)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)等表征手段,揭示了产物的物相组成、化学态分布及微观形貌特征.电化学性能测试结果表明,在0.5 mol/L H_(2)SO_(4)与1 mol/L KOH中,该催化剂达到10 mA/cm^(2)电流密度时过电势分别为161和118 mV;在酸性条件下可于10 mA/cm^(2)恒电流密度下连续稳定运行200 h,而在碱性条件下同样电流密度的稳定性测试时长可达120 h. 展开更多
关键词 碳化钼 纳米棒 水裂解 析氢反应
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基于TiO_(2)的光催化剂利用太阳能裂解水制氢研究进展 被引量:1
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作者 张馨儿 裴刘军 +2 位作者 周雨蝶 靳凯丽 王际平 《化工进展》 北大核心 2025年第3期1298-1308,共11页
太阳能裂解水制氢是储存太阳能的有效方法,可将光子转化为化学能。TiO_(2)是太阳能驱动氢演化的最佳材料之一,但电子空穴对分离不良会限制其活性,而TiO_(2)光催化剂与助催化剂结合可提高析氢性能。因此,本文详细回顾了金属类助催化剂对T... 太阳能裂解水制氢是储存太阳能的有效方法,可将光子转化为化学能。TiO_(2)是太阳能驱动氢演化的最佳材料之一,但电子空穴对分离不良会限制其活性,而TiO_(2)光催化剂与助催化剂结合可提高析氢性能。因此,本文详细回顾了金属类助催化剂对TiO_(2)光催化制氢效果提升的相关研究,着重介绍了贵金属基助催化剂、非贵金属基助催化剂、金属硫化物和金属磷化物助催化剂、双金属基助催化剂。这些研究揭示了各种助催化剂对提升TiO_(2)光催化效率的关键作用,展示了太阳能裂解水产氢技术的广阔应用前景。此外,为了更全面地理解这项技术,本文还深入介绍了半导体光催化制氢的详细演化机理:包括反应物的吸附、光激发过程、电子和空穴的迁移以及还原/氧化反应。通过深入剖析这些反应步骤,有望为科研人员提供一个清晰的理论框架,以便更好地制备和优化TiO_(2)光催化中的助催化剂,同时深刻理解氢气演化的内在机制。最后对TiO_(2)基光催化剂进行了总结与展望:即对不同种类的助催化剂的优劣势对比分析,并为光诱导析氢催化剂中的TiO_(2)负载活性位点的定制提供丰富的思路。 展开更多
关键词 二氧化钛基 光催化剂 制氢 太阳能裂解水
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界面工程驱动的Fe@生物质碳复合材料电催化水氧化性能
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作者 刘桃花 袁登辉 +6 位作者 邵鸿源 王薇 宋旭东 王焦飞 白永辉 马保军 于广锁 《洁净煤技术》 北大核心 2025年第7期53-61,共9页
生物质衍生的碳材料因其独特的形貌、较高的比表面积以及分级多孔的结构在电催化水分解领域展现出潜力。然而,其固有缺陷如活性位点密度低和结构稳定性较差等问题,严重制约了其实际应用价值。研究通过高压水热碳化一次性筷子形成生物碳(... 生物质衍生的碳材料因其独特的形貌、较高的比表面积以及分级多孔的结构在电催化水分解领域展现出潜力。然而,其固有缺陷如活性位点密度低和结构稳定性较差等问题,严重制约了其实际应用价值。研究通过高压水热碳化一次性筷子形成生物碳(BC),进一步采用浸渍和热处理将Fe修饰在其表面,构建了具有界面协同作用的Fe@BC复合催化剂,并研究了其电催化析氧反应(OER)性能。研究发现,Fe以氧化物的形式分布于BC载体表面。并且随着Fe的引入,BC的晶相和形貌结构发生了改变,形成了多孔的层状结构。重要的是,BC与Fe原子之间形成的Fe-O强界面相互作用能够诱导产生Fe^(2+)与Fe^(3+)双活性中心。随着OER反应的进行,催化剂表面形成更多缺陷羟基氧化物种,有效促进电子重新分布,补充OER过程中Fe位点的电荷累积,从而显著提升并稳定Fe^(3+)和Fe^(2+)活性中心的催化性能。该催化剂在碱性介质中展现出优异的OER催化性能,在电流密度10 mA/cm^(2)和200 mA/cm^(2)的条件下,其电位相对于可逆氢电极分别为1.482 V和1.550 V,显著优于商业RuO_(2)催化剂。此外,该催化剂性能可以稳定保持48 h以上,该研究成果为设计新型高效的生物碳与过渡金属耦合的OER催化体系提供了创新思路。 展开更多
关键词 电催化水分解 生物质碳材料 析氧反应 界.面结构
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考虑化学反应的激光诱导空化气泡动力学特性研究
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作者 王成彦 严红 +1 位作者 张睿帆 刘凡 《推进技术》 北大核心 2025年第7期73-84,共12页
空化气泡演化特性对于航空燃料高压射流雾化、激光等离子体点火助燃等过程有着重要的影响。本文结合实验与数值模拟,对单脉冲激光在液体水中诱导的空化气泡动力学特性进行研究,重点分析了化学反应过程对气泡演化特性的影响。实验中通过... 空化气泡演化特性对于航空燃料高压射流雾化、激光等离子体点火助燃等过程有着重要的影响。本文结合实验与数值模拟,对单脉冲激光在液体水中诱导的空化气泡动力学特性进行研究,重点分析了化学反应过程对气泡演化特性的影响。实验中通过高速摄影捕获了空化气泡在坍缩过程中的发光现象,证实了化学反应的存在。进一步通过数值模拟对比分析了有无化学反应时空化气泡动力学特性演化的差异,并与实验数据进行对比,验证了化学反应对气泡温度、压力和半径等的演化都有重要影响。气泡内水蒸气的分解导致了气泡温度的降低,不可凝气体的生成增强了气泡的二次膨胀过程,并且与实验结果吻合较好。进一步对比了同步气泡对间的相互作用,阐明了气泡形态发展对气泡动力学特性的影响规律。 展开更多
关键词 激光诱导 空化气泡 同步气泡对 水分解 激波 可压缩两相流
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