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电催化硝酸根还原制氨 被引量:1
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作者 于一夫 周瑾 《大学化学》 CAS 2024年第1期273-279,共7页
在创新教育背景下,以硝酸根电催化还原制氨为反应案例,将科研成果融入到实验教学中。基于学生已掌握的实验技能和基础电化学知识,利用电化学测量技术、核磁共振波谱法、紫外分光光度法等探究催化剂电催化硝酸根还原制氨的性能。通过具... 在创新教育背景下,以硝酸根电催化还原制氨为反应案例,将科研成果融入到实验教学中。基于学生已掌握的实验技能和基础电化学知识,利用电化学测量技术、核磁共振波谱法、紫外分光光度法等探究催化剂电催化硝酸根还原制氨的性能。通过具体的实验操作,让学生进一步认识电催化的基本原理,掌握基础的电化学测量技术,激发学生对电化学合成的兴趣。本教学实验内容丰富,涉及多学科知识,满足多学科交叉融合发展需求,有利于学生创新发散思维的培养,符合新时代学科教育要求。 展开更多
关键词 电催化 硝酸根还原 电化学测量技术
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基于DFT和机器学习的Pt单原子合金电催化剂的理性设计:应用于NO至NH_(3)的转化
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作者 刘洁宇 郭海强 +3 位作者 熊钰林 陈星 于一夫 王长洪 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE CAS CSCD 2024年第7期243-253,共11页
电催化NO还原反应(NORR)合成氨,作为一项新兴技术,旨在减少NO污染并生产高附加值产品.因此,寻找合适的NORR电催化剂至关重要.单原子合金催化剂(SAACs)因其独特的催化性能和明确的成键环境,是研究催化剂结构-活性关系的理想对象.本文依... 电催化NO还原反应(NORR)合成氨,作为一项新兴技术,旨在减少NO污染并生产高附加值产品.因此,寻找合适的NORR电催化剂至关重要.单原子合金催化剂(SAACs)因其独特的催化性能和明确的成键环境,是研究催化剂结构-活性关系的理想对象.本文依托密度泛函理论(DFT)计算和机器学习(ML)算法,深入研究了Pt掺杂的SAACs在NORR合成氨反应中的催化机制,并提出了SAACs的理性设计原则.通过ML算法,成功识别了与催化活性密切相关的原子和电子特征,并定量分析了这些特征之间的协同作用.DFT计算和ML算法的联合运用不仅加深了对复杂NORR机理的理解,还为理性设计具有特定活性中心的高效SAACs提供了一种切实可行的策略.本文研究了13种Pt掺杂的SAACs(Pt/TM,TM=Sc,Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,Ru,Rh和Pd)和14种纯过渡金属(包括Sc,Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,Ru,Rh,Pd和Pt)在NORR合成氨反应中的催化机制.首先,考察了Pt/TM的热力学稳定性和在电化学条件下的稳定性.结果表明,Pt/TMSAACs展现出了良好的热力学稳定性.在电化学条件下,当外加电压等于极限电势时,单质Zn在pH>6时稳定存在,而其他纯金属和Pt/TM SAACs则在整个pH范围内均能保持稳定.随后,探讨了这些催化剂对NO的吸附及活化能力.DFT计算发现,NO能够在所有催化剂表面稳定吸附,并且吸附后N-O键长与NO得电子数之间存在显著的线性相关性,这两者可共同作为NO活化的重要指标.接着,考察了NORR的反应机理,并筛选出7种具有较高过电势(UL>-0.25V)的催化剂,包括Cu,Zn,Rh,Pt以及Pt/Cu,Pt/Zn,Pt/RhSAACs.考虑到H2和N2副产物对氨选择性的影响,排除了Zn和Pt/Zn作为潜在的优秀催化剂.在此基础上,在排除贵金属(Rh,Pt和Pt/Rh)基底的SAACs后,筛选出Cu和Pt/Cu作为NORR合成氨反应的高效催化剂.最后,采用随机森林(RF)和基于压缩感知原理的数据驱动(SISSO)方法分析了SAACs的内在特性与NORR性能之间的关 展开更多
关键词 NO还原反应 合成氨 单原子合金催化剂 机器学习 密度泛函理论
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电磁场辅助的低温合成氨
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作者 张宝顺 王雨婷 +6 位作者 张娜 朱杰伟 籍王阳 陈凡芃 陈星 于一夫 张兵 《Science Bulletin》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第17期1871-1874,共4页
近年来,超越传统的氮肥用途,氨越来越多地被认为是一种高密度储能载体和零碳清洁燃料.然而,传统哈伯法合成氨的严苛操作条件极大地限制了氨作为储能载体和燃料的发展.低温下实现氮气高效活化是解决上述问题的关键.本文开发了一种电磁场... 近年来,超越传统的氮肥用途,氨越来越多地被认为是一种高密度储能载体和零碳清洁燃料.然而,传统哈伯法合成氨的严苛操作条件极大地限制了氨作为储能载体和燃料的发展.低温下实现氮气高效活化是解决上述问题的关键.本文开发了一种电磁场辅助热催化合成氨新方法.作者采用廉价的商业铁基催化剂作为模型材料,向催化剂床层引入高频、高电压电磁场,使氮气分子的偶极矩和铁基催化剂的电子结构得以被实时调控,进而提高氮气分子在催化剂表面的吸附强度,从而在低温下实现氮气的高效活化.当电磁场存在时,合成氨反应起始温度为100℃,明显低于传统热催化合成氨反应的起始温度(300℃).在填充80 g商业铁基催化剂的放大实验中,相比传统方法,电磁场辅助热催化方法的氨收率提升了5倍、能耗降低了2.7倍. 展开更多
关键词 铁基催化剂 催化剂床层 合成氨 放大实验 起始温度 电磁场 模型材料 偶极矩
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三步接力机制助力超低过电位下硝酸根电还原到氨
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作者 汉术和 李红娇 +1 位作者 于一夫 张兵 《科学通报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第20期2577-2579,共3页
氨的工业化生产养活了全球近一半的新增人口,被认为是20世纪最伟大的发明.近年来,氨作为一种无碳能源受到各国关注,被称为氢2.0.目前,全球合成氨主要采用传统的Haber-Bosch工艺(N_(2)+3H_(2)=2NH_(3))[1].然而,该工艺严重依赖传统的化... 氨的工业化生产养活了全球近一半的新增人口,被认为是20世纪最伟大的发明.近年来,氨作为一种无碳能源受到各国关注,被称为氢2.0.目前,全球合成氨主要采用传统的Haber-Bosch工艺(N_(2)+3H_(2)=2NH_(3))[1].然而,该工艺严重依赖传统的化石燃料,每年合成氨工艺的CO_(2)排放量超过4亿吨. 展开更多
关键词 合成氨工艺 过电位 化石燃料 电还原 硝酸根 工业化生产
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Hydrogen evolution activity enhancement by tuning the oxygen vacancies in self-supported mesoporous spinel oxide nanowire arrays 被引量:10
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作者 Dali Liu Chao Zhang +4 位作者 yifu yu Yanmei Shi yu yu Zhiqiang Niu Bin Zhang 《Nano Research》 SCIE EI CAS CSCD 2018年第2期603-613,共11页
The development of facile strategies to tune the oxygen vacancy (OV) content in transition metal oxides (TMOs) is paramount to obtain low-cost and stable electrocatalysts, but still highly challenging. Taking NiC0... The development of facile strategies to tune the oxygen vacancy (OV) content in transition metal oxides (TMOs) is paramount to obtain low-cost and stable electrocatalysts, but still highly challenging. Taking NiC0204 as a model system, we have experimentally established a facile calcination and electrochemical activation (EA) methodology to dramatically increase the concentration of OVs and provide theoretical insight into how the concentration of OVs affects the performance of spinel TMOs towards the electrochemical hydrogen evolution reaction (HER). A self-supported cathode of OV-rich NiC0204 nanowire arrays was found to exhibit higher HER activity and better stability in alkaline media than its counterparts with fewer OVs. The electrocatalytic HER activity was in good agreement with the increasing concentration of OVs in the studied samples. A large current density of 360 mA.cm-2 was reached with an overpotential of only 317 mV. Additionally, such a facile strategy was able to efficiently generate OVs in other TMOs (e.g., CoFe204 and NiFe204) for enhanced HER performance. In addition, our theoretical results suggest that the increasing OV concentration reduces the adsorption energy of water molecules and their dissociation energy barrier on the surface of the catalyst, thus leading to performance improvement of spinel TMOs toward the electrochemical HER. This work may open a new avenue to increase the concentration of OVs in TMOs in a controlled manner for promising applications in a variety of fields. 展开更多
关键词 electrochemical activation hydrogen evolutionreaction oxygen vacancy spinel phase thermal treatment
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