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有限元数值模拟在能源小分子电催化还原体系中的应用进展
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作者 聂全灏 宋雪旦 +2 位作者 刘朔 于畅 邱介山 《洁净煤技术》 北大核心 2025年第4期1-13,共13页
H_(2)O、CO_(2)、N_(2)等小分子物质的电催化转化技术在氢气、甲烷、氨等化学品合成领域获得广泛应用。近年来,基于光伏、风电、水电等发电技术的发展,电催化技术产生了巨大的发展应用空间。然而,电催化体系的复杂多相反应过程涉及电化... H_(2)O、CO_(2)、N_(2)等小分子物质的电催化转化技术在氢气、甲烷、氨等化学品合成领域获得广泛应用。近年来,基于光伏、风电、水电等发电技术的发展,电催化技术产生了巨大的发展应用空间。然而,电催化体系的复杂多相反应过程涉及电化学、传质、传热等多物理场的强耦合作用,传统实验方法难以全面解析其内在机理,制约了电催化技术的进一步发展。有限元数值模拟是基于电场、温度场和流动场等物理场耦合建立电催化体系的数学物理模型,模拟体系内部的电催化反应、物质传递、动量传递和热量传递等过程的有效方法,能够揭示电催化体系中“构-效”关系的内在规律,指导设计和优化电催化体系。梳理了有限元数值模拟在电催化领域中的发展历程,简介了电催化体系中有限元数值模拟的计算流程,指出了有限元数值模拟在电催化体系中能够解决的实际问题。从催化剂结构设计、边界条件调控、反应器设计3个方面,回顾了近年来有限元数值模拟在能源小分子电催化转化技术中的研究进展。最后展望了有限元数值模拟在电催化领域中的发展方向。有限元数值模拟正在从辅助分析工具发展为电催化体系优化的重要驱动力。随着计算方法的进步和多学科交叉融合,有限元数值模拟有望在质子耦合电子转移机制解析、工业级电解槽放大等关键问题上发挥更大作用,加速能源小分子电催化技术的实际应用。 展开更多
关键词 电化学 数值模拟 催化 有限元 新能源
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MnO_2/煤基石墨烯纳米复合材料的制备及其电化学性能 被引量:5
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作者 张亚婷 李景凯 +3 位作者 刘国阳 蔡江涛 周安宁 邱介山 《新型炭材料》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2016年第5期545-549,共5页
以纯化的太西无烟煤粉为原料,采用催化石墨化及改良Hummers氧化技术制备煤基氧化石墨烯前驱体,将该前驱体与MnO_2进行原位复合并利用等离子体技术还原制备MnO_2/煤基石墨烯纳米复合材料。采用红外光谱、X射线衍射、扫描电镜和透射电镜... 以纯化的太西无烟煤粉为原料,采用催化石墨化及改良Hummers氧化技术制备煤基氧化石墨烯前驱体,将该前驱体与MnO_2进行原位复合并利用等离子体技术还原制备MnO_2/煤基石墨烯纳米复合材料。采用红外光谱、X射线衍射、扫描电镜和透射电镜等技术对煤基石墨烯及其复合材料进行表征,采用循环伏安法及恒流充放电法测试MnO_2/煤基石墨烯纳米复合材料的电化学性能。结果表明,与煤基石墨烯相比,MnO_2/煤基石墨烯纳米复合材料的比电容有显著提升,在1A/g电流密度下可达281.8 F/g,是煤基石墨烯比电容的3.48倍。 展开更多
关键词 太西煤 煤基石墨烯 电化学性能 纳米复合材料
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Fe_2O_3/煤基石墨烯纳米复合材料制备及其电化学性能研究 被引量:9
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作者 张亚婷 李景凯 +1 位作者 周安宁 邱介山 《化工新型材料》 CAS CSCD 北大核心 2015年第6期104-107,共4页
以自然界富产煤炭为原料,通过高温处理、化学氧化及等离子体技术制备了煤基石墨烯,并进一步通过水热合成法将Fe2O3负载在所制石墨烯表面,成功制备了不同质量比的Fe2O3/石墨烯纳米复合材料。采用SEM、TEM等技术手段,研究了Fe2O3/石墨烯... 以自然界富产煤炭为原料,通过高温处理、化学氧化及等离子体技术制备了煤基石墨烯,并进一步通过水热合成法将Fe2O3负载在所制石墨烯表面,成功制备了不同质量比的Fe2O3/石墨烯纳米复合材料。采用SEM、TEM等技术手段,研究了Fe2O3/石墨烯纳米复合材料的结构特征;采用电化学工作站和锂电池系统,研究了Fe2O3/石墨烯纳米复合材料的电化学特征。实验结果表明:质量比为50%的Fe2O3/石墨烯纳米复合材料的各项电化学性能最佳。 展开更多
关键词 煤基石墨烯 FE2O3 复合材料 电化学性能
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壳聚糖基大孔炭质整体材料的制备及其对痕量二氧化硫的吸附性能 被引量:4
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作者 万鹏 张华 +1 位作者 于畅 邱介山 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第1期357-364,共8页
以壳聚糖为碳源,综合采用冰模板技术和低温热解炭化技术,制备出具有蜂窝状孔结构特征的大孔炭质整体材料,研究了此类新材料对痕量二氧化硫的吸附性能及再生能力。结果表明,大孔炭质整体材料蜂窝状孔结构的形成及其规整程度与冰模板过程... 以壳聚糖为碳源,综合采用冰模板技术和低温热解炭化技术,制备出具有蜂窝状孔结构特征的大孔炭质整体材料,研究了此类新材料对痕量二氧化硫的吸附性能及再生能力。结果表明,大孔炭质整体材料蜂窝状孔结构的形成及其规整程度与冰模板过程的冷冻时间等因素密切相关;200℃下低温热处理可得到具有丰富表面含氮官能团的大孔炭质整体材料;经氨水溶液中的离子交换功能化处理后,该大孔炭质整体材料对低浓度SO2的吸附容量显著提高,可达到57mg.g-1;吸附饱和后,经空气简单吹扫处理,大孔炭质整体材料即可大部分再生,少数不可再生部分是由于质子化的氨基与亚硫酸根和硫酸根在吸附过程中形成了不可逆化学吸附产物季铵盐所致。壳聚糖基大孔炭质整体吸附剂材料有望在污染空气的脱硫净化,特别是在质子交换膜燃料电池的阴极空气脱硫净化方面发挥重要作用。 展开更多
关键词 冰模板法 壳聚糖 大孔炭质整体材料 吸附性能 二氧化硫
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电容去离子脱盐技术:离子交换膜复合活性炭电极的性能 被引量:14
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作者 刘红 王刚 +3 位作者 王六平 董强 于畅 邱介山 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第5期1512-1516,共5页
引言 随着世界经济及工业的发展、人口的不断增长及环境污染的日益严重,淡水资源的需求量与日俱增。如何从占世界总储水量96%的海水中获得廉价的淡水在世界范围内日益受到关注。
关键词 活性炭 电容去离子 离子交换膜 脱盐
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煤基石墨烯宏观体的制备及其在CO_2光催化还原过程中的应用 被引量:8
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作者 张亚婷 李可可 +3 位作者 刘国阳 周安宁 王露 邱介山 《新型炭材料》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2015年第6期539-544,共6页
石墨烯是一种新型二维碳质材料,以石墨烯为基本结构单元构筑宏观石墨烯材料是石墨烯走向实际应用的重要途径。以煤基石墨为原料,综合采用Hummers法、化学还原及冷冻干燥过程制备出煤基石墨烯宏观体。利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子... 石墨烯是一种新型二维碳质材料,以石墨烯为基本结构单元构筑宏观石墨烯材料是石墨烯走向实际应用的重要途径。以煤基石墨为原料,综合采用Hummers法、化学还原及冷冻干燥过程制备出煤基石墨烯宏观体。利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、拉曼光谱等对样品形貌结构进行了分析表征。此外,以煤基石墨烯宏观体为光催化剂填料搭建固定床反应器,应用于CO_2光催化还原过程。结果表明,煤基石墨烯宏观体对CO_2光催化还原反应具有较高的催化活性,目标产物甲醇的产率最高可达65.91μmol/g·cat。 展开更多
关键词 石墨烯宏观体 光催化 二氧化碳
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直接碳燃料电池燃料的研究进展 被引量:5
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作者 刘国阳 张亚婷 +2 位作者 蔡江涛 张晓欠 邱介山 《新型炭材料》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2015年第1期12-18,共7页
直接碳燃料电池(DCFC)具有能量转化效率高、污染低、燃料来源广等优点,是缓解能源危机和环境污染的一种有效途径,其性能与所使用的燃料密切相关。本文介绍DCFC的发展历史、研究现状及发展动态,评述了煤、焦炭、活性炭、石墨等含碳物质作... 直接碳燃料电池(DCFC)具有能量转化效率高、污染低、燃料来源广等优点,是缓解能源危机和环境污染的一种有效途径,其性能与所使用的燃料密切相关。本文介绍DCFC的发展历史、研究现状及发展动态,评述了煤、焦炭、活性炭、石墨等含碳物质作为DCFC燃料的优缺点,分析讨论了碳燃料的晶体结构缺陷、表面含氧官能团对阳极电化学反应的促进作用,以及碳燃料的电解质润湿能力、孔隙结构、电导率、粒径大小对阳极电化学反应的质量传递与电荷传递的相互关系;探讨了阳极催化剂促进阳极反应并提高电池性能的机制;简要讨论了DCFC碳燃料的未来发展趋势。 展开更多
关键词 直接碳燃料电池 燃料 发展趋势
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固体氧化物直接碳燃料电池阳极反应过程分析 被引量:4
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作者 刘国阳 周安宁 +3 位作者 张亚婷 蔡江涛 党永强 邱介山 《燃料化学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第9期1100-1105,共6页
以氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)为电解质组装成直接碳燃料电池(DCFC),分别以活性炭(AC)、石墨(G)、神府半焦(SC)作为DCFC燃料,研究了碳燃料的特性、电池操作温度以及阳极反应气氛等对DCFC阳极反应过程的影响。结果表明,三种碳燃料在空气、CO... 以氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)为电解质组装成直接碳燃料电池(DCFC),分别以活性炭(AC)、石墨(G)、神府半焦(SC)作为DCFC燃料,研究了碳燃料的特性、电池操作温度以及阳极反应气氛等对DCFC阳极反应过程的影响。结果表明,三种碳燃料在空气、CO2气氛中氧化反应活性顺序为AC>SC>G,当三种碳材料作为DCFC燃料时,活性炭作为燃料的DCFC性能最好,半焦燃料次之,石墨作为燃料的DCFC性能最差,而且燃料反应活性与其表面含氧官能团、孔隙结构有关;DCFC的阳极反应过程存在碳燃料直接氧化为CO2、CO2与C反应转化为CO,以及CO氧化为CO2等。 展开更多
关键词 直接碳燃料电池 碳燃料 阳极反应 活性炭 半焦 石墨
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