催化产氢气

1. 文章信息标题：Efficient benzaldehyde photosynthesis coupling photocatalytic hydrogen evolution 中文标题： 有效光合成苯甲醛耦合光催化析氢页码：52-60 DOI：10.1016/j.jechem.2021.07.0172. 期刊信息期刊名：Journal of Energy Chemistry ISSN：2095-4956 2021年影响因子9.676 （2022年影响因子：13.599） 分区信息：中科院一区TOP 涉及研究方向：综合性期刊 3. 作者信息：第一作者是 华东师范大学罗娟娟 。通讯作者为 中国科学院上海硅酸盐研究所施剑林院士、华东师范大学陈立松副教授。4. 光源型号：CEL-HXF300E7光功率计型号：CEL-NP2000文章简介：为应对严峻的能源和环境危机，各国不断加大开发清洁和可再生能源的力度。氢气(H2)作为一种能量密度高、最有发展前景的可再生绿色能源引起了广泛关注。然而，迄今为止，传统的蒸汽甲烷重整制氢仍是制氢的主要方式，这导致了巨大的能源消耗和严重的温室气体排放。自1972年Fujishima和Honda首次报道在TiO2电极上光电化学分解水以来，光催化水裂解制氢一直被认为是将太阳能转化为化学能的潜在方法之一。然而，析氧反应(OER)动力学迟缓是水裂解的另一种半反应，已成为光催化水裂解商业化应用的最大障碍之一。同时，O2价值较低，在光催化水裂解过程中不可避免地会混入H2，存在潜在的爆炸风险和分离困难问题。为了克服这些，牺牲试剂如乳酸、抗坏血酸、三乙醇胺、甲醇、甘油、乙醇和Na2SO3/Na2S被用来抑制OER，通过消耗光产生的空穴并加速H2的产生，在此过程中这些牺牲剂被氧化。遗憾的是，这样的策略会大大增加制氢的总成本，并不能充分利用光生空穴的氧化能力。综上所述，寻找促进析氢反应(HER)的新策略具有重要意义。光合成是一种传统的利用可再生太阳能作为能源的方法，具有光能直接转化为化学能、反应路径短、不受苛刻的反应条件和有机试剂的影响等优点。为在温和的反应条件下合成药物、精细化学品和高附加值产品提供了一条绿色、清洁的途径。选择性氧化是继聚合反应后的第二大工业工艺，占化学工业总产量的30%，近年来在光合成领域引起了广泛关注。在众多的选择性氧化反应中，芳香醇转化为相应的醛被认为是最重要的官能团转化过程之一。此外，醛是一种高价值的中间体，用于有机合成广泛的化学物质，如糖果香精、染料、香水和药物。传统的醛类合成需要化学计量氧化剂，如铬酸盐、高锰酸盐等，具有剧毒、强腐蚀性，造成严重的环境问题。并极大地阻止了它们的大规模应用。然而，大多数基于光催化材料的醛的光催化合成，尽管比传统的合成方法更加环保，但都是在有机溶剂中操作或在以氧气作为一种温和氧化剂存在的情况下进行的，因此仍然存在光生电子还原能力浪费，环境不友好和效率低下的问题。因此，采用无氧化剂(或无O2)光合成的方法在水介质中氧化芳香醇选择性合成芳香醛将是最理想的环保工艺，具有重要意义。在该策略中，芳香醇氧化制取有价值化学品的过程不是简单的牺牲剂消耗，而是以高效氧化制取有价值化学品为主，并与制氢结合，尽管有众多优点但这仍然是一个巨大的挑战一种高性能的光催化氧化芳香醇并促进产氢的光催化剂是上述策略的前提。本文采用两步水热法合成了一种高效的非贵金属双功能光催化剂，NiS纳米颗粒修饰CdS纳米棒复合材料(NiS/CdS)。该催化剂对在水溶液和无氧气氛围下光合成苯甲醛同时促进产氢具有高效的活性，这归因于NiS和CdS间的协同作用。最优的光催化30% NiS/CdS在可见光照射下有显著的光催化产氢速率和苯甲醛合成速率分别为207.8μmol h-1, 163.8μmol h-1，比单独硫化镉性能高139和950倍。该研究极大地利用光产生的空穴和电子用于生产高附加值精细化学物质和氢气，因此在绿色可再生能源技术的发展及光催化合成领域中具有重要的意义。

在太阳光或一缕LED紫外光照拂下，玻璃烧杯中加入一点点白色粉末，无须加热也无须其他能源，烧杯里的水便可源源不绝产生氢气，且经过数百小时的实验，这种白色粉末的量并未衰减。在云南大学材料与能源学院实验室，你能见到这样的“奇观”。　　在碳达峰、碳中和背景下，洁净的氢成为未来的重要能源，高效、低成本制氢，特别是光解水制氢是科学家研究的方向。1月10日，国际著名期刊《自然通讯》发表了云南大学柳清菊教授团队与英国伦敦大学学院唐军旺教授团队、华东师范大学黄荣教授团队合作的一项重要研究成果——以单原子铜锚定二氧化钛，成功制备新型光催化剂，其分解水制氢量子效率高达56%，被审稿人称为“世界纪录”。这意味着“水变氢”有了一条可实用化的新路径。　　提高催化效率 才能助推光解水制氢走向实用化　　氢能是一种清洁无污染的可再生能源，燃烧值很高，可达每千克140兆焦耳，其具有来源丰富、燃烧产物无二次污染等优点，有望代替石油和天然气，因而受到世界范围的广泛关注。若能得以大规模实际应用，将为“双碳”目标的顺利实现作出贡献。　　“目前，制备氢的主要方法有化石燃料制氢和电解水制氢，但两种方法都需消耗传统能源。”柳清菊向科技日报记者介绍，化石燃料制氢，二氧化碳排放量大，每生产1千克氢气，将产生10千克左右的二氧化碳；而电解水制氢也存在能耗和成本问题。“在环境和能源问题日益严重的今天，开发清洁、可持续、低成本的制氢技术，推进氢能的发展显得尤为迫切和重要。”柳清菊说，采用光催化技术，利用太阳能驱动水分解制氢是一种极具发展前途的新方法。　　自1972年科学家发现二氧化钛半导体具有光催化性能以来，光解水制氢一直受到学术界及产业界的关注与重视。在能量大于或等于半导体禁带宽度的光照射下，光催化材料价带中的电子吸收入射光子的能量跃迁到导带，形成“电子—空穴”对，空穴和电子迁移到材料表面，与表面吸附的水分子发生氧化还原反应，也就是电子与水发生还原反应产生氢气，空穴氧化水产生氧气。　　然而，由于电子带负电，空穴带正电，使得光催化材料中光照所产生的“电子—空穴”很容易复合，导致产氢量子效率低下，严重阻碍了光解水制氢的发展。因此，如何阻止“电子—空穴”的复合，提高光催化制氢效率，成为目前国际上光催化研究领域的重大挑战之一，也是制约光催化制氢技术实用化的瓶颈难题。　　这其中，光催化材料是核心。而光催化材料的活性、稳定性和成本是决定光催化技术能否实际应用的关键。　　铜离子“补位” 新型光催化材料设计制备突破瓶颈　　金属单原子催化剂是近年来迅速发展起来的新型催化剂。相比传统金属催化剂，金属单原子催化剂中的原子以单个的形式负载在载体上，在催化反应中可充分参与反应，实现反应活性中心的最大化，利用效率可接近100%，在理论上可以同时提高催化活性并降低成本。然而由于单原子具有极高的表面能，在合成和催化反应过程中容易团聚、稳定性差、寿命短且制备成本高，阻碍了其实际应用。　　“这次起光催化作用的二氧化钛，是一种钛和氧规则排列的晶体，我们通过独特的合成工艺，在其中生成大量的钛空位。”柳清菊向记者解释，有了这些钛空位，就可以请铜离子来帮忙“补位”。　　“通过对钛基有机框架材料MIL-125中钛空位的设计和可控合成，我们研制出具有大比表面积和丰富钛空位的二氧化钛纳米材料，以此为载体锚定过渡金属铜单原子，使铜与二氧化钛形成了牢固的‘铜—氧—钛’键。”柳清菊介绍，在光催化制氢反应过程中，一价阳离子铜和二价阳离子铜的可逆变化，大大促进了光生“电子—空穴”的分离和传输，大幅提高了光生电子的利用率，使产氢量子效率获得突破，达到56%。这项突破获得了欧洲科学院院士、伦敦大学学院光催化和材料化学终身教授唐军旺团队的验证。　　成本、工艺更“亲民” 光解水制氢产业已初露曙光　　新研制的二氧化钛基光催化材料，具有性能稳定、无毒、无二次污染等优点，且生物相容性好、制备方法简单、成本低，与传统方法相比优势明显。通常含贵金属的催化剂，催化活性高，但相应的成本也极高。“新材料中，我们用的是‘贱金属’铜，它储量大、价格低、易获得，这是成本降低的第一个方面。” 柳清菊介绍，此外，原有的催化材料中单个金属原子活性很大，很容易形成团簇，使得催化活性降低。研发团队将铜原子牢固地锚定在钛空位上，不容易团聚，创新性地解决了这个问题，稳定时间很长，在常温常湿条件下，样品放置380天之久，仍然具有与新制备样品相当的产氢性能，进一步降低了产氢成本；另外，新型光催化材料制备工艺简单，无需昂贵的设备，使光催化制氢更加“亲民”。　　近年来，柳清菊团队在实验室进行了大量的基础研究，包括材料设计、合成工艺、机理研究、性能优化等，已获得稳定的高性能光解水制氢光催化材料的实验室制备工艺，正准备开展放大工艺研发，为后续产业化奠定基础。虽然传统的光催化材料成本高、量子效率低，国内光催化产氢市场尚未成熟，但随着产业链衔接及相关政策的完善，光催化制氢产业化已是曙光初露。　　对柳清菊团队而言，56%的产氢量子效率也不是终点。“我们还在继续努力，使效率进一步提高，如果能够提高到70%以上，对生产应用的意义将是不言而喻的。”柳清菊说，找准了方向，效率再提升将不是梦。随着光解水效率进一步提高和成本进一步降低，氢能时代将加速到来，人类也将还地球以绿水青山。

7月11-13日，第二届催化加氢技术研究与加氢催化剂开发应用及反应设备应用研讨会将在济南举行，Proton作为一家专业制氢公司，也将参加此次活动。催化加氢技术不仅是医药和精细化工及其他有机合成中的核心技术，而且也是节能降耗和减少环境污染的有效技术之一。催化加氢技术中用到大量氢气，但是由于氢气本身具有可燃性，易爆炸，所以安全稳定的氢气源对于操作环境的安全非常重要。 Proton专注制氢领域20多年，研发的智能制氢机可以为您的安全用气提供理想解决方案。Proton有多款制氢机，均采用PEM纯水电解技术现场持续产生高纯氢气，流量范围大，产气量可根据需要进行调节，安全稳定且环保。我们的每款制氢机均配有智能监测系统，操作便捷。通过智能化模块监测控制，您可随时自行查看仪器全方位的运行状态，保持系统高效稳定输出，保持氢气纯度和流量不变。H2纯度：99.99999% 流量18.8L/min美国进口制氢机 安全用气有保障

催化氢化反应是指还原剂或氢分子等在催化剂的作用下对不饱和化合物的加成反应。它是有机化合物还原方法中最方便、最常用、最重要的方法之一。多相催化氢化反应主要包括碳碳、碳氧、碳氮键等不饱和重键的加氢反应和某些单键发生的裂解反应。被还原的底物和氢一般吸附在催化剂表面，活化后进行反应。多相催化氢化主要有如下优点。①还原范围广、反应活性高、选择性好、速度快：有些反应（如碳碳不饱和键的加氢）应用其他方法比较复杂和困难，而应用催化氢化比较方便；②经济适用：氢气本身价格低廉，成本低，操作方便，对醛酮、硝基及亚硝基化合物都能起还原作用，不需其他任何还原剂和特殊溶剂；③后处理方便、反应条件温和、操作方便：反应完毕后，只需滤去催化剂，蒸发掉溶剂即可得到所需产物，产品纯度、收率都比较高，且干净无污染。因此，多相催化氢化在药物合成中有广泛的应用。01碳碳不饱和键的多相催化氢化1） 烯、炔的多相催化氢化：烯键和炔键均为易于氢化还原的官能团。通常用钯、铂和Raney镍作催化剂，在温和条件下即可反应。除酰胺卤和芳硝基外，分子中存在其他可还原官能团时，均可用氢化法选择性还原炔键和烯键。例如：抗精神病药物匹莫齐特（pimozide）中间体的合成。心血管系统药物艾司洛尔（Esmolol）中间体的合成。肺心病治疗药物樟磺咪芬（Trimetaphan）中间体的合成。一般规律：炔键活性大于烯键，位阻较小的不饱和键活性大于位阻较大的不饱和键，三取代或四取代烯需在较高的温度和压力下方能顺利进行反应。p-2型硼化镍能选择性地还原炔键和末端烯键，而不影响分子中存在的非末端双键，效果较Lindlar催化剂好。p-2型硼化镍在还原多烯类化合物时，不导致烯键异构化，也不导致苄基或烯丙基的氢解。在多相氢化反应中，炔烃、烯烃和芳烃的加氢常得到不同比例的几何异构体。一般认为，吸附在催化剂表面的是作用物分子不饱和结构空间位阻较小的一面，已吸附在催化剂表面的氢分步转移到作用物分子上进行同向加成（syn-addition）。因此，氢化产物的空间构型主要由作用物的空间因素和催化剂的性质两个方面决定。在炔类和环烯烃的加氢产物中，由于同向加成，产物以顺式体为主，但由于向反式体转化更稳定等因素，所以仍有一定量的反式体。雌性激素药雌酮（Estrone）中间体的合成。2）芳香环的多相催化氢化：苯为难于氢化的芳烃，芳稠环（如萘、蒽、菲）的氢化活性大于苯环。取代苯（如苯酚、苯胺）的活性也大于苯，在乙酸中用铂作催化剂时，取代基的活性为ArOhArNh2ArCOOhArCh3。不同的催化剂有不同的活性顺序，用铂、钌催化剂可在较低的温度和压力下氢化，而钯则需较高的温度和压力。如苯甲酸可用铂催化剂在较温和的条件下还原为环己基甲酸。激素药炔诺孕酮（Norgestrel）中间体的合成。某些取代苯选用铑作催化剂，可在较温和的条件下氢化，得到较好的收率。02醛酮的多相催化氢化目前，催化氢化还原是应用最广泛的将羰基还原为羟基的两种还原方法之一。醛和酮的氢化活性通常大于芳环而小于不饱和键，醛比酮更容易氢化。脂肪族醛、酮的氢化活性较芳香醛酮低，通常以Raney镍和铂为催化剂，而钯催化剂的效果较差，且一般需要在较高的温度和压力下还原。例如，由葡萄糖氢化的山梨醇（Sorbiol）。治疗帕金森病的药物左旋多巴（Levodopa）中间体的合成。与脂肪族醛、酮氢化不同，钯是芳香族醛、酮氢化十分有效的催化剂。在加压或酸性条件下，芳香族醛、酮氢化所生成的醇羟基能进一步被氢解，最终得到甲基或亚甲基。氢化法是还原芳酮为烃的有效方法之一。在温和条件下，选用适当活性的Raney镍作为还原剂，可得到醇。03羧酸衍生物的多相催化氢化1）酰卤的多相催化氢化：酰卤与加有活性抑制剂（如硫脲）的钯催化剂或以硫酸钡为载体的钯催化剂，于甲苯或二甲苯中，控制通入氢量略高于理论量，即可使反应停止在醛的阶段，得到收率良好的醛。在此条件下，分子中存在的双键、硝基、卤素、酯基等不受影响，如重要制药中间体三甲氧基苯甲醛的合成。2，6-二甲基吡啶的四氢呋喃可作为钯催化剂的抑制剂。在钯催化下，将氢 通入等当量的酰氯及2，6-二甲基吡啶的四氢呋喃溶液中，在室温下反应，即可以良好的产率得到醛。本法条件温和，特别适用于对热敏感的酰氯的还原。如8-壬酮酰氯用本法还原时，羰基不受影响。2）腈的多相催化氢化：催化氢化法是腈类化合物还原的主要方法。催化氢化还原可在常温下以钯或铂为催化剂，或在加压下以活性镍为还原剂，通常其还原产物中除伯胺外，还有较大量的仲胺，这是所生成的伯胺与反应中间物（亚胺）发生副反应的结果。为了避免生成仲胺的副反应，可以钯、铂或铑为催化剂，并在酸性溶剂中还原，使产物伯胺成为铵盐，从而阻止加成副反应的进行；或以镍为催化剂，在溶剂中加入过量的氨，使不易发生进一步脱氨，从而减少副产物的产生。例如，在抗皮炎药物维生素B6（Vitamin B6）中间体的合成中，一步催化氢化实现了硝基成氨基、氰基成氨甲基、氯被氢解掉等三个基团的转化。04含氮化合物的多相催化氢化1）硝基化合物的多相催化氢化：催化氢化法也是还原硝基化合物的常用方法，其具有价廉、后处理手续简便且无"三废"污染等优点。活性镍、钯、铂等均是最常用的催化剂。通常，使用活性镍时，氢压和温度要求较高，而钯和铂可在较温和的条件下进行。例如抗生素奥沙拉秦（Olsalazine）中间体的合成。由于催化氢化还原活性与催化剂及反应条件有关，因而可根据不同的需要，调节或控制反应活性。例如硝基苯还原，可选择合适的氢化条件，使反应停留在生成苯胲阶段，然后在酸性条件转位得对氨基酚。这是生产制药中间体对氨基酚的最简捷路线。硝基化合物尚可采用转移氢化法还原，常用的供氢体为肼、环己烯、异丙醇等。其中，应用最普遍的是肼。其反应设备及操作均十分简便，只需将硝基化合物与过量的水合肼溶于醇中，然后加入镍、钯等氢化催化剂，在十分温和的条件下，即可完成反应。分子中存在的羧基、氰基、非活化的烯键均可不受影响。2）肟和亚甲胺的多相催化氢化：催化氢化法亦是将肟和亚甲胺还原成伯胺或仲胺的有效方法，在制药工业中已广泛采用，常用的催化剂是镍和钯。抗心律失常药美西律（Mexiletine）中间体的合成。3）叠氮化合物的多相催化氢化：叠氮化合物可被多种还原剂还原生成伯胺。其最常用的方法是催化氢化和用金属氢化物。而在催化氢化法中常用的催化剂是活性镍和钯。例如降压药贝那普利（5）芳杂环类的多相催化氢化某些芳杂环类化合物也可发生多相催化氢化反应。其催化还原活性较苯类芳环大，但比醛酮类化合物小。参考：药物合成反应总结氢化反应在医药、精细化工和其他有机合成中具有非常重要的地位。氢化反应原子利用率很高，同时可以减少后续的分离和纯化过程。但氢气参与的反应在实验室和工业化生产中危险系数极大，难于控制，易造成安全事故，国家安监局把氢化反应纳入18类重点监管危险反应中。现阶段随着连续氢化技术的发展，使用连续氢化反应仪或设备将间歇式氢化反应转化成连续氢化反应，可极大的降低反应风险提高设备及操作的安全性。目前欧世盛连续氢化设备能成功实现双键还原，硝基还原，脱苄基，芳香环还原，氰基还原，氢化脱卤等反应。欧世盛研发出全自动加氢反应仪1：可配高压氢气发生器2：压力温度范围宽，满足绝大多数反应需求0-10Mpa，室温-200oC3：智能化程度高 可视智能控制界面，全自动气液分离4：工艺条件可放大至千吨级

1. 文章信息标题：Onion-ring-like g-C3N4 modified with Bi3TaO7 quantum dots: A novel 0D/3D S-scheme heterojunction for enhanced photocatalytic hydrogen production under visible light irradiation中文标题： 钽酸铋量子点修饰洋葱圈结构的石墨相氮化碳的S型异质结构的光催化析氢性能 页码：958-968 DOI： 10.1016/j.renene.2021.11.030 2. 期刊信息期刊名：Renewable EnergyISSN： 0960-1481 2022年影响因子： 8.634 分区信息： 中科院一区；JCR分区（Q1） 涉及研究方向： 工程技术，能源与燃料，绿色可持续发展技术 3. 作者信息：第一作者是 施伟龙（江苏科技大学）、孙苇（北华大学）（共同一作）。通讯作者为 林雪（北华大学），郭峰（江苏科技大学），洪远志（北华大学）。4. 光催化活性评价系统型号：北京中教金源（CEL-PAEM-D8，Beijing ChinaEducation Au-Light Co., Ltd.）；气相色谱型号：北京中教金源（GC7920，Beijing China Education Au-Light Co., Ltd.）。本工作利用SiO2微米球为硬模板和三聚氰胺为前驱体，通过空气化学气相沉积 （CVD）方法合成洋葱圈状结构的g-C3N4（OR-CN），且基于溶剂热法与0D Bi3TaO7量子点（BTO QDs）复合，形成0D BTO QDs/3D OR-CN S型异质结复合物光催化剂，在λ 420 nm的可见光驱动下，讨论了不同质量比的BTO/OR-CN化合物催化剂在2小时内的析氢性能。其中，0.3wt% BTO/OR-CN样品赋予了最佳的光催化析氢速率为4891 μmol g-1，且在420 nm处的表观量子产率（AQY）为4.1%，约是相同条件下的OR-CN的3倍。其增强的光催化活性归因于0D BTO量子点与OR-CN之间形成了S型异质结，有助于促进光生电荷载流子的分散，且增强了可见光吸收强度，此外，通过4次循环实验，发现0D BTO QDs/3D OR-CN S型异质结复合物光催化剂具有优异的稳定性，有应用前景。图1. 制备BTO/OR-CN化合物的实验过程如图1所示，BTO/OR-CN的制备是通过加入0.2 g的OR-CN在BTO的合成过程中，合成的样品命名为xBTO/OR-CN，其中x代表BTO在化合物中的质量比，分别为0.1%，0.3%，0.5%，1.0%。此外，为了比较，合成了块体g-C3N4（B-CN）和0.3%BTO/B-CN复合物，B-CN的合成是通过一步煅烧3 g三聚氰胺，550 °C加热4小时，升温速率为2.3 °C/min，从而得到黄色的产物。0.3% BTO/B-CN复合物的合成类似于0.3% BTO/OR-CN复合物的合成过程，仅仅用B-CN代替OR-CN。图2. BTO、OR-CN和不同复合物的XRD图如图2示，OR-CN、BTO以及不同质量比的BTO/OR-CN化合物（0.1%、0.3%、0.5%和1.0%）的XRD图表征晶体结构和结晶度。对于BTO样品，2θ在28.2°、32.7°、46.9°和58.4°属于Bi3TaO7的（111）、（200）、（220）和（222）面（JCPDS:44-0202）。OR-CN拥有两个衍射峰在13.1°（100）和27.4°（002），分别归因于芳香单元的层内结构堆积基序和层间堆积基序。至于BTO/OR-CN化合物，引入BTO没有影响OR-CN的相结构，当负载0.1%、0.3%、0.5%和1.0%的BTO在OR-CN上，很难发现额外的BTO特征峰，这很可能是因为少量的BTO QDs。图3. OR-CN的SEM图（a）0.3% BTO/OR-CN复合材料的SEM图（b）TEM图（c）HRTEM图（d）和EDX图（e）如图3所示，通过扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）分析制备的样品的结构和形貌。OR-CN样品呈现了洋葱圈形状，尺寸大约在150-200 nm。负载BTO QDs在OR-CN的表面上形成BTO/OR-CN复合物之后，OR-CN的洋葱圈结构没有改变，但表面变得更粗糙。为了进一步清晰地观察BTO/OR-CN化合物，0.3%BTO/OR-CN的TEM图展现了BTO QDs均匀地分布在OR-CN表面上且与OR-CN底物亲密的接触，这有助于电荷的分散和转移。同时，化合物的高分辨透射图（HRTEM）反映了BTO和OR-CN之间有好的界面接触，其中，晶格间距为0.27 nm与Bi3TaO7晶格面（200）相匹配。展现了成功地构造了0D/3D BTO/OR-CN异质结催化剂。0.3%BTO/OR-CN的EDX图揭示了C，N，Bi，Ta，O元素的存在，进一步证实BTO QDs锚定在OR-CN的表面上。图4. 光催化产氢（a）析氢速率（b）B-CN、OR-CN、及其0.3%化合物光催化产氢（c）析氢速率（d）循环实验（e）循环实验前后的XRD图（f）如图4所示，以300 W的氙灯作为光源（λ 420 nm），研究了制备的样品的光催化析氢活性。结果表明制备的BTO样品几乎不产氢，而OR-CN在2小时辐照过程中产生了相对较低的氢气，约为1736 μmol g-1，这是由于BTO对可见光的吸收较低和电子-空穴的快速重组所致。当耦合OR-CN和BTO之后，光催化析氢活性显著的增强，其中，最佳的0.3% BTO/OR-CN复合材料展现了析氢量大约是4891 μmol g-1，是单组分OR-CN样品的3倍左右。同时，0.3% BTO/OR-CN异质结光催化剂在420 nm波长表现出较高的表观量子产率（AQY）为4.11%。当BTO QDs的加入量从0.1%增加到1.0%时，光催化析氢性能呈现出先增后减的趋势，其中，最优的0.3% BTO/OR-CN样品的光催化性能优于其他复合样品，这是因为构建了S型异质结，加速了光生电荷的传输和分布。此外，在OR-CN上引入BTO QDs可以增加比表面积、提供更多的活性位点、增强光响应强度和延长光诱导电荷寿命。随着进一步增加BTO QDs的量，光催化产氢速率减小，这是因为过量的BTO QDs负载在OR-CN表面可能会影响BTO QDs的分散，且由于屏蔽效应阻碍OR-CN的光吸收效率。因此，负载合适量的BTO QDs有利于光催化产氢。此外，最优样0.3% BTO/OR-CN的产氢速率为2445.5 μmol g-1。为了比较，还合成了0.3%BTO/OR-CN复合物，制备的样品的析氢量和析氢速率的排序：0.3%BTO/OR-CNOR-CN0.3%BTO/B-CNB-CN，这表明CN的洋葱圈结构和化合物的异质结界面有利于提高光催化活性。经过四次循环实验，可以清晰地发现光催化析氢有轻微的降低。同时，XRD图也用于评价样品的稳定性，循环前后的XRD图没有发生改变。这些结果展现了制备的 BTO/OR-CN样品拥有优异的稳定性和光催化析氢活性。图5. MS图（a和b）S型异质结机理（c）BTO/OR-CN复合物光催化析氢中光生电荷分离转移机理（d）利用Mott-Schottky（MS）图确定OR-CN和BTO的能带结构。OR-CN和BTO样品的质谱图在1000、2000和3000 Hz处呈现正斜率，说明OR-CN和BTO具有典型的n型半导体特征。OR-CN和BTO在接触前的带位置存在偏差，OR-CN是一种费米能级较高的还原型光催化剂，而BTO是一种费米能级较低的氧化型光催化剂。此外，通过紫外光电子能谱（UPS）计算了OR-CN 和BTO的功函数，分析了界面电荷转移过程。确定OR-CN和BTO样品的二次电子截止边的结合能（Ecut-off）分别为16.921 eV和16.054 eV。然后，BTO和OR-CN在黑暗中密切接触后，OR-CN的CB上的电子自发地流向BTO，直到二者的费米能级达到相同水平。因此，OR-CN组分失去电子并携带正电荷，导致OR-CN的CB边缘向上弯曲，同时，BTO组分得到电子，电子在其CB上积聚，BTO带负电荷，导致CB边缘向下弯曲，从而，OR-CN和BTO界面形成内部电场。在可见光的照射下，电子在内部电场和库伦相互作用的驱动下由BTO的CB转移到OR-CN的VB上与空穴复合，此外，保留在OR-CN的CB上的电子和BTO的VB上的空穴将分别参与光催化氧化还原反应。基于以上的分析，提出了BTO/OR-CN光催化反应的可能的S型机理，在可见光的照射下，BTO和OR-CN中价带（VB）上的电子跃迁到导带（CB）上，价带上形成空穴，BTO导带上的电子可以转移到OR-CN的价带上并与空穴结合。由于OR-CN导带的电势比H+/H2（0 eV vs. NHE）更负，所以，H2O分子可以与电子反应生成H2。用三乙醇胺（TEOA）猝灭BTO价带上积累的空穴。

Angewandte chemie影响因子：16.6设计Ir-C4单原子催化剂，实现了超低电位( 1.23V)，以生产氢气和其他增值化学品，同样需要克服高过电位。近期，团队通过在高温聚合物电解质膜电解槽（HT-PEME）中将热催化与电催化相结合，开发了集成式热催化-电催化耦合反应体系，通过将醇类热化学脱氢与电化学氢泵相结合成功实现了热电耦合催化乙醇脱氢制备乙醛（PNAS., 2023, e2300625120）、热电耦合催化甲醇脱氢制备高纯氢气和CO（JACS., 2024, 146, 14, 9657-9664）以及低电位甲醇。相关研究表明，在HT-PEME中将热催化与电催化相耦合能够有效增强催化反应的速率和选择性，热电耦合能够相互协同促进。由于反应体系复杂，缺乏直接表征手段，目前缺乏直接证据证明热催化与电催化的相互协同。基于这一挑战，项目团队设计了Ir-C4单原子催化剂，实现了超低电位(图2. 热-电耦合催化甲醇氧化反应制氢体系的具体催化路径在HT-PEME中，施加电位之后甲醇在Ir-C单原子催化剂上由电促进热催化反应生成H2和CO，之后H2和CO在Ir-C单原子发生氧化反应，阴极发生氢析出反应生成H2。图3 Ir-C相关催化剂的EXAFS表征图4. Ir-C单原子催化剂、Ir颗粒催化剂XPS谱学测试通过EXAFS、XPS分析测试表明，Ir-C催化剂中的Ir主要是以单原子的形式存在，无Ir纳米颗粒。同时由于Ir原子与C载体之间的强相互作用，使Ir原子的电子结构发生了很大的变化，从而出现缺电子性质(Ir+)。特殊的几何结构和电子结构可能赋予Ir-C SACs具有优异的甲醇反应性。图5.Ir-C SACs和参比样品的甲醇氧化性能测试及在线产物分析如图5所示，当电解槽加热到80/100℃时，MOR的起始电压已低至0.4 V，随着温度的升高，MOR的起始电压逐渐降低。在160℃时，起始电压低于0.1 V，与理论平衡电位非常接近。研究结果表明，由于热和电化学耦合催化，甲醇可以被Ir单原子催化剂在超低电位( 0.1 V)下氧化。然而，同样条件下的Pt/C和Ir-C NP，其起始电位仍然很高，分别为0.3 V和0.4V。Ir-C SACs相比Pt位点和Ir颗粒位点的优异性能，证明了在热电化学耦合作用下IrC4位点独特的低电位甲醇氧化能力，表明其有巨大的Pt基催化剂替代能力。Ir(0.3)-C SACs在0.4 V(200℃)下的质量活度达到1.8 A mg-1Ir，比Ir-C NP和Pt/C分别高出约52倍和40倍。阴极HER对Ir(0.3)-C SACs(比Ir-C NP高3.3倍)的产氢率为0.2 ml min-1。质量比产氢速率最高达到18.3 mol H2h&minus 1gIr-1，与Ir-C NP和Pt/C相比，分别高出54倍和31倍。上述结果表明，得益于热学和电化学的耦合催化，Ir-C SACs的MOR和相应的产H2速率都表现出了显著的活性。阳极可以检测到CO、CO2、CH4和少量的H2证实热化学过程CH3OH → CO + 2H2，此外，超高的HOR和COOR活性证明了电化学氧化过程。本文的研究为热电耦合催化反应过程中热场-电场相互协同作用提供了直接证据，突破了以往关于MOR在Ir SACs上无活性的结论。该工作为设计高效催化反应和新型催化剂提供了指导。相关工作得到了岛津-KRATOS公司相关设备的大力支持。文献题目《Ultra-low-Potential Methanol Oxidation on Single-Ir-Atom Catalyst》使用仪器岛津AXIS SUPRA作者Liyuan Gong, Xiaorong Zhu, Ta Thi Thuy Nga, Qie Liu, Yujie Wu, Pupu Yang, Yangyang Zhou, Zhaohui Xiao, Chung-Li Dong, Xianzhu Fu, Li Tao*, Shuangyin Wang*State Key Laboratory of Chem/Bio-Sensingand Chemometrics, College of Chemistry and ChemicalEngineering, Hunan University, Changsha, Hunan 410082, P.R. China 全文链接https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202404713

会议介绍：本次会议于2023年2月17-20日在武汉晴川假日酒店举行。由中国地质大学（武汉）、淮北师范大学、长沙学院、吉林化工学院联合主办。会议名誉主席为吴骊珠院士，孙立成院士，唐军旺院士，张金龙院士。会议主席为余家国院士。会议旨在为光催化领域的海外华人和国内外专家提供一个高 水平的成果交流和展示平台。北京中教金源科技有限公司作为赞助单位参加此次会议，欢迎各位老师莅临指导。会议议题：光催化材料的基础研究；S型异质结光催化材料；光催化材料的掺杂和能带调控；光催化材料的形貌和晶面控制；光催化材料的制备策略；光催化材料的第一性原理研究；光催化材料的环境应用；光催化分解水产氢；光催化产过氧化氢；光催化二氧化碳还原制备碳氢燃料。会议目的及意义：大气变暖、能源短缺和环境污染已经成为制约人类社会可持续发展的重大科技和社会问题。当前，中国已进入能源高速消耗阶段并排放大量CO2，其CO2排放量约占全球排放量的27%。习近平总书记在第75届联合国大会上讲话指出，中国力争于2030年前实现碳达峰，努力争取2060年前实现碳中和。中国正积极采取各种措施应对气候变化，同时探寻气候变化带来的新机遇。太阳能是最重要的清洁和可再生能源，然而其不可预测性、季节昼夜时变性、分布不均和能量密度低等难题限制了它的实际应用。传统的太阳能电池和风力发电受时间和地理位置的影响，电能的产生和利用不能同步，因此必须解决电能储存的问题。光催化技术在解决能源和环境问题方面有着非常广阔的应用前景。光催化可以利用太阳光将水分解产生氢气，从而将光能转化为可储存的化学能—氢能，氢能能量密度高，使用方便，零碳排放，被认为是一种理想的能源载体。光催化材料和技术还可以利用太阳光将二氧化碳转化为甲烷和甲醇燃料，从而达到节能减排的目的。光催化也可以通过空气中的氧气和水反应合成过氧化氢，过氧化氢是一种绿色化工产品，广泛应用于杀菌、消毒、漂白，燃料电池等领域。通过太阳能光催化技术制备的氢气、碳氢燃料、过氧化氢等燃料统称为太阳燃料。

【研究背景】钼碳化物（Mo carbides）作为催化剂在二氧化碳（CO2）转化中的应用引起了广泛关注。由于全球气候变化的压力，开发高效、经济的CO2转化技术变得尤为重要。钼碳化物因其在逆水气转化（RWGS）反应中的优异表现而受到关注。然而，传统的钼碳化物合成方法通常需要高能耗的碳化预处理，且其稳定性问题仍然存在，这在实际应用中带来了挑战。为了解决这些问题，中国科学院大连化学物理研究所孙剑研究员、俞佳枫副研究员团队携手提出了一种新策略，通过在反应过程中直接从Ir修饰的MoO3生成钼碳化物，避免了高能耗的碳化预处理。具体而言，这项研究利用火焰喷射热解（FSP）方法合成了未饱和的钼氧化物（Mo17O47），并通过微量铱（0.02 wt%）促进了在反应条件下的还原和碳化过程。最终，形成了具有丰富缺陷的MoOxCy结构，该结构在600°C下的RWGS反应中展现出优异的催化性能和长期稳定性。这一策略不仅显著提高了钼碳化物催化剂的效率，还提供了一种低能耗的催化剂合成方法，为钼基催化剂在CO2利用中的应用开辟了新途径。该研究成果为高温应用中的CO2转化提供了新思路，并推动了Mo基催化剂系统的工业应用。【表征亮点】(1) 实验首次采用无碳化预处理策略，通过在RWGS反应过程中生成Mo碳化物，成功从铱修饰的MoO3中制备了Mo17O47氧缺位氧化物，并在600°C条件下实现了稳定的催化性能。(2) 实验通过一键火焰喷雾热解法（FSP）合成了Ir-MoO3催化剂，在反应过程中形成了MoOxCy结构，表面富含缺陷的未饱和MoOxCy结构在α-MoC上生成。铱作为促进剂，极大加速了MoO3的还原和碳化过程，显著提高了催化剂的活性与稳定性。(3) 实验结果表明，该催化剂在2,000小时的RWGS反应中表现出优异的稳定性，CO产率达到17.4 molCO gcat&minus 1 h&minus 1。通过STEM、XPS和XAS表征及中子衍射图谱定量分析，确认了表面含缺陷的MoOxCy结构的生成。(4) 同位素交换实验显示，CO2中的碳被插入到MoOxCy缺陷中，CO释放则从MoOxCy中带走碳原子，完成了碳循环。DFT计算表明，这种反应路径相比传统氧化还原路径更具热力学优势，有效促进了H2解离，从而进一步提高了CO2的转化效率。【图文解读】图1：RWGS反应中的催化性能。图2：Mo物种的相和结构分析。图3：RWGS反应后MoO3和Ir-MoO3催化剂的结构表征。图4: 反应物活化和活性位点研究。图5: 通过DFT计算得出的RWGS反应机理。【科学启迪】这项研究通过开发一种简便的策略，实现了在反应过程中生成Mo碳化物，避免了传统碳化预处理的高能耗步骤。这表明，通过控制氧缺位Mo氧化物的形成，并利用铱促进原位碳化，可以显著提升催化性能和稳定性。其次，研究揭示了MoOxCy结构表面的碳循环机制，展示了在CO2转化中碳原子的插入与释放过程，这一新的反应路径比传统的氧化还原路径更加有利于氢气的解离与CO2的高效转化。该发现不仅为开发高效Mo基催化剂提供了理论依据，也为未来在CO2利用、可持续能源转换和环境治理领域的应用开辟了新的可能性。这种低能耗、可持续的催化剂设计理念或将推动相关领域的进一步发展。参考文献：Zhao, Z., Li, T., Zhang, C. et al. Air-stable naphthalene derivative-based electrolytes for sustainable aqueous flow batteries. Nat Sustain (2024). https://doi.org/10.1038/s41893-024-01415-6

近日，大连化物所催化基础国家重点实验室、太阳能研究部(DNL16)李灿院士、博士后李政和李仁贵研究员等在纳米颗粒光催化完全分解水制氢的逆反应(氢气和氧气复合生成水的反应)研究方面取得新进展，确认光催化完全分解水逆反应发生于低配位活性位点，并利用原子层沉积技术精准定点修饰抑制逆反应，从而显著提升了光催化完全分解水的性能。 　　太阳能光催化完全分解水制氢不仅具有重要的应用背景，更是基础科学领域的前沿课题。其中，光催化完全分解水体系中助催化剂表面的氢氧逆反应是该领域长期未解决的重要问题。逆反应的存在使得完全分解水光催化体系的效率很低，甚至无法实现分解水反应，是光催化完全分解水的“最后一公里”。李灿团队长期致力于光催化分解水中助催化剂及其表面的催化作用研究，取得了系列重要进展：在国际上较早提出并发展了双助催化剂概念(J. Catal.，2009；Catal. Lett.，2010；Acc. Chem. Res.，2013；Energy Environ. Sci.，2016)，并开发出单核锰水氧化催化剂，活性可媲美自然界水氧化催化剂的产氧活性(Nat. Catal.，2018)，受到学术界的广泛关注。本工作聚焦光催化完全分解水体系中助催化剂表面的氢氧逆反应问题，以典型的可见光催化完全分解水的催化剂Rh/GaN-ZnO作为研究对象，通过原子层沉积(ALD)的方式将氧化铝(Al2O3)沉积到光催化剂反应中心，可显著提升光催化全分解水的活性。研究发现，ALD沉积Al2O3可以使Rh/GaN-ZnO上的逆反应降低90%，进一步通过光谱表征结合理论模拟证明，Al2O3主要沉积在Rh纳米颗粒表面的低配位点上，揭示出Rh表面的低配位点是氢氧逆反应的主要反应位点。团队通过ALD选择性地将Al2O3沉积到Rh表面低配位点上，有效阻断了氢氧逆反应的发生，从而将Rh/GaN-ZnO上可见光催化完全分解水的量子效率从0.3%提升至7.1%。此外，本工作还发现ALD选择性沉积氧化物的策略还适用于其他贵金属助催化剂，证明了这一策略的普适性。该工作明确了光催化完全分解水中氢氧逆反应的活性位点和机制，为解决这一挑战性问题提供了一条新的普适性策略。 　　相关研究成果以“Blocking the reverse reactions of overall water splitting on a Rh/GaN–ZnO photocatalyst modified with Al2O3”为题，于近日发表在《自然—催化》(Nature Catalysis)上。该工作的共同第一作者是李政和李仁贵。该工作的理论模拟部分主要与催化基础国家重点实验室理论催化创新特区研究组(05T8组)肖建平研究员团队合作完成。上述工作得到了国家自然科学基金委人工光合成中心、国家重点研发计划等项目的支持。

氢能是有望替代传统化石燃料的可再生清洁能源。其中，通过电化学析氢反应(HER)制备“绿氢”是实现氢能社会的最佳策略之一。由于贵金属铂独特的电子结构，铂和铂基材料是目前唯一商用的电制“绿氢”催化剂；然而，贵金属铂昂贵的价格和地壳中稀有的储量限制了其大规模商业化应用。未来氢能社会对于氢气的大量需求使得必须降低电制“绿氢”催化剂的成本，同时提升其催化活性和稳定性。对催化剂进行电子结构优化，能够提高材料的本征性能。其中，离子掺杂能够通过在材料晶格中引入杂原子，改变局域配位结构进而调控电子结构，实现产物催化性能的提升，是一种有效的性能优化手段。 　　二硒化钴具有与铂类似的电子结构，因此他们常被研究作为贵金属铂的替代材料用于催化HER反应。但是其活性和稳定性与铂和铂基材料相比仍有差距。通过材料微观结构的设计制备新型高效电制“绿氢”催化剂是当前的研究热点。近日，中国科大俞书宏院士团队报道了一种普适的合成策略用于制备十种单原子掺杂的CoSe2-DETA(CoSe2=二硒化钴，DETA=二乙烯三胺)纳米带。研究人员通过改变掺杂元素，调控掺杂产物的电子结构，进而实现产物电解水制氢性能的优化；最优产物活性与商业贵金属材料接近，表明其在电制“绿氢”领域的潜在应用。该研究成果以“Dopant triggered atomic configuration activates water splitting to hydrogen”为题发表在Nature Communications上。吴睿特任副研究员、许杰、赵川林、苏晓智为论文的共同第一作者，高敏锐教授和俞书宏院士为通讯作者。图1. 单原子掺杂的CoSe2-DETA纳米带产物表征。a，十种单原子掺杂合成方法示意图。b，产物的扫描透射电子显微镜元素分布图。c，d，Pb、Cr、Mn、Fe、Zn、Mo掺杂元素扩展X射线吸收精细结构谱的R空间(c)和k空间(d)。 　　研究人员成功制备了多种离子掺杂型电催化材料，例如阴离子磷掺杂的二硒化钴纳米带。正如预期，由于磷的引入优化了材料电子结构和局域配位环境，产物显示出令人印象深刻的电解水制氢性能。但是，由于缺乏普适合成的方法，单一磷元素对于产物微观结构调控不够充分，材料性能与结构的关系仍较为模糊。因此，通过设计更多种类元素的掺杂以实现产物电子结构的可控是至关重要的，进而调控产物电催化性能，并总结构效关系用以设计新型高效的HER材料。 　　研究人员利用他们在前期开发的具有优异电制“绿氢”性能的CoSe2-DETA纳米带材料为研究对象，结合阳离子掺杂的手段，发展了能够一次性制备十种单原子掺杂产物的普适合成方法学(图1)。在该工作中，研究人员借助不同的掺杂原子系统调控产物的局域配位结构，实现了材料的电子结构和HER性能在较大范围内的可控调节。 　　研究结果表明，所得最优掺杂产物的催化活性与商业铂碳(铂质量分数为40%)相近，其电流密度达到-10mA cm-2所需过电势仅为74mV，由极化曲线计算得到的塔菲尔斜率为42dec mV-1 该产物活性在1000圈循环伏安测试保持几乎不变，还可以在-10mA cm-2电流密度下稳定运行20小时。同步辐射谱学数据表明不同掺杂原子会导致产物中钴原子的配位环境(钴氮配位数与钴硒配位数之比)发生变化，该参数可与产物的HER活性展现出较为匹配的“火山型”曲线关系，展示了掺杂型二硒化钴的构效关系(图2)。 　　此外，本文还通过理论计算证实了产物性能随局域配位结构的变化规律，为设计制备新型高效催化材料提供了一种新的途径。而最优产物的性能使得该产物有望取代商业铂碳成为电制“绿氢”的理想电极材料。图2. 产物电解水制氢活性、局域配位结构及二者“火山型”构效关系表征。a，不同电极材料的HER极化曲线。b，不同电极材料HER性能对比。c，不同电极材料中Co的X射线吸收近边精细结构谱。d，e，不同材料中Co的扩展X射线吸收精细结构谱的R空间(d)和k空间(e)。f，掺杂产物HER活性随产物中Co配位结构变化的“火山型”曲线示意图。 　　该工作受到国家自然科学基金重点项目、国家自然科学基金青年基金、科技部国家重点研发计划“变革性技术关键科学问题”重点专项项目、合肥大科学中心卓越用户基金等资助。

上期小编带领大家了解了普敦科技大流量氢气发生器HG PRO 4000在新材料行业的应用。本期，我们再次出发，回访了中国科学院山西煤炭化学研究所（以下简称“山西煤化所”）。让我们一起了解一下，HG RACK系列氢气发生器在氢燃料电池行业的表现吧。中国科学院山西煤炭化学研究所是中科院直属研究院所，在催化剂研发、碳基新材料等领域具有深厚的积累。目前，氢能与燃料电池研究团队正在致力于量产型先进氢燃料电池催化剂的研发。他们的研究目标是降低燃料电池催化剂中铂元素的用量，提升氢燃料电池的商业化价值。Question 01氢燃料电池催化剂研究现状？目前团队主要研究两方面，一是集中在标准型铂碳催化剂的高一致性量产，实现代替进口，解决燃料电池催化剂长期依赖进口产品的问题，可以直接面对下游燃料电池电堆客户的需求。二是，研发先进的低铂与非贵金属催化剂，有望未来摆脱对它的高度依赖。Question 02没用发生器之前是如何供气的，存在哪些问题？传统化工过程生产的氢气，不可避免的含有一氧化碳、硫化氢等杂质气体，会吸附于催化剂表面，极大的降低燃料电池性能。目前，研发的催化剂已经具备量产能力，进入新一轮技术迭代。这个过程需要反复多次的测试，会消耗大量的氢气。因此，保持氢气稳定供应很重要。Question 03氢气发生器在实验中的好处有哪些？传统的供气方式是在实验室外部存放大量的氢气钢瓶，一是有安全方面的顾虑，另外需要频繁的更换气瓶，还有天气和时间的限制，相对来说不是很方便。我们参照国外先进的氢燃料电池实验室设计方案，使用氢气发生器作为可靠的高纯氢来源，可以保证持续稳定的氢气供应。另外，在电化学研究中，用氢气发生器供气，对于使用可逆氢标准电极非常有帮助。Question 04LNI氢气发生器使用的感受？从一开始建立实验室时，就使用了普敦科技提供的LNI氢气发生器。研究所装备了两台2L/min的氢气发生器，可以提供最大4L/min的氢气。LNI氢气发生器设计非常简洁，使用也很方便，初始化之后无需专人值守，定期检查超纯水箱的水位就可以。很可靠，也很方便。另外，普敦售后服务很好，即便是在疫情期间，工程师也能及时响应并远程指导操作。高纯度的氢气不仅可以避免催化剂中毒，保护含铂催化剂，延长燃料电池的寿命，还可以提高燃料电池的效率。所以，寻找转换效率更高、使用寿命更长、生产成本更低、更安全可靠的制氢方法是各个国家的氢能应用领域技术专家们的共同目标。普敦科技一直致力于现场制氢方案的研发和提供，利用PEM（质子交换膜）电解池的工作原理一纯水电解制氢，是氢燃料电池行业的理想合作伙伴和氢气供应气源商。

近日，大连化物所碳资源小分子与氢能利用创新特区研究组（DNL19T3）孙剑研究员、俞佳枫副研究员团队，与日本富山大学Noritatsu Tsubaki教授、我所电镜技术研究组（DNL2002）刘岳峰副研究员等人合作，成功构建了800℃高温稳定的铜基多相催化剂。合作团队结合磁控溅射（Sputtering，SP）和火焰喷射（Flame spray pyrolysis，FSP）两种负载型催化剂制备新技术，分别对金属铜的电子结构和TiO2载体的可还原性进行重构，首次在较低温条件下构建了非贵金属铜基催化剂上经典的金属载体强相互作用（Strong metal-support interaction, SMSI），进而实现了耐水耐高温铜催化剂的可控制备。　　长期以来，铜基催化剂因其廉价和高活性而被广泛应用于多种工业催化反应中。但受限于较低的塔曼温度，铜纳米颗粒极易在300℃以上烧结聚集而导致失活，严重限制了其高温应用。因此，构建可稳定铜颗粒的保护层，从根本上限制其聚集长大是解决这一问题的关键技术之一。然而，金属铜的功函数较低，且对氢气活化能力较弱，很难诱导载体物种向其表面迁移形成包裹，无法像传统贵金属一样在温和条件下形成金属载体强相互作用。　　本工作中，合作团队通过利用自主开发的SP技术，改变了Cu的外围电子环境，同时采用FSP技术，增加了氧化物中晶格氧无序度，分别促进电子转移和载体还原，实现了在300℃较温和条件下即可形成SMSI。研究发现，在高温（550-800℃）CO2加氢（逆水气变换）反应条件下，该铜基多相催化剂可连续稳定运行700小时，且未见颗粒长大。本工作实现了铜催化剂上SMSI的构筑和调控，阐明了催化剂表界面上的反应过程和催化机理，为提高铜基催化剂的水热稳定性提供了全新策略，有望进一步拓宽铜基催化剂的高温应用领域。　　近年来，孙剑团队在CO2加氢和先进纳米催化材料的制备和新应用方面取得了系列成果，采用SP技术（Sci. Adv.，2018；ACS Catal.，2014）和FSP技术（ACS Catal.，2020；Chem. Sci.，2018；Chem. Comm.，2021；Appl. Catal. B: Environ. ，2016）先后开发了一系列与传统催化剂不同性质的催化材料，并成功应用于加氢、氧化、重整等多种催化反应中。　　相关成果以“Ultra-high Thermal Stability of Sputtering Reconstructed Cu-based Catalysts”为题，于近日发表在《自然-通讯》（Nature Communications）上。该文章的第一作者是大连化物所DNL19T3俞佳枫。该工作得到国家自然科学基金、中国科学院青年创新促进会、兴辽英才青年拔尖人才计划、大连市杰出青年科技人才计划、大连化物所创新基金等项目的支持。（文/图 俞佳枫、孙剑）　　文章链接：https://doi.org/10.1038/s41467-021-27557-1

【研究背景】电催化是能源转换和减排的关键技术，因其在可再生能源的高效利用中成为研究热点。然而，当前电催化剂的性能和成本仍然存在显著挑战，尤其是在催化机制的理解和实际应用方面。为了应对这些问题，新加坡南洋理工大学Xiong Wen (David) Lou教授团队深入探讨了钙钛矿氧化物作为电催化剂的潜力，研究其在氢生成反应（HER）、氧生成反应（OER）和氧还原反应（ORR）等关键反应中的机制。在研究中，发现钙钛矿氧化物因其可调的组成和结构，展现出良好的催化活性和稳定性。这些研究不仅揭示了钙钛矿氧化物的反应机制，还总结了影响其催化活性的关键因素。此外，科学家们应用了多种先进的表征技术，以深入理解催化过程中的结构演变。综述的结果显示，尽管钙钛矿氧化物在电催化领域取得了显著进展，但仍需解决催化剂设计中的复杂性和实际应用中的低效性。因此，未来的研究应致力于结合理论计算和实验表征，优化钙钛矿氧化物的催化性能，为可持续能源技术的发展提供新的路径。【表征解读】本文通过多种先进的表征手段深入探讨了钙钛矿氧化物的电催化机制。首先，利用X射线光电子能谱（XPS）和X射线吸收光谱（XAS）等仪器，作者发现了钙钛矿氧化物在电催化反应过程中表面化学状态的变化，从而揭示了其催化活性与表面组成之间的密切关系。通过对氧气演化反应（OER）过程的研究，作者特别关注了钙钛矿氧化物在反应前后的表面结构演变，发现在OER过程中表面会出现一定程度的浸出和重构现象。针对钙钛矿氧化物在氧还原反应（ORR）中的特殊表现，作者通过原位拉曼光谱表征了其微观机理，得到了在反应过程中氧化物表面活性位点的动态变化。这一发现深入挖掘了钙钛矿氧化物的催化特性，指出了其反应机制中的关键步骤，如吸附、反应中间体的生成及最终产物的释放。在此基础上，作者通过透射电子显微镜（TEM）和扫描电子显微镜（SEM）对钙钛矿氧化物的形貌及微观结构进行了细致观察，结果显示高质量的多晶颗粒具有优异的催化性能，进一步证明了其结构与性能之间的关联性。同时，结合高通量理论计算，作者能够预测不同金属元素的B位对催化性能的影响，从而为材料的设计提供了重要依据。总之，经过XPS、XAS、拉曼光谱、TEM和SEM等多种表征手段的综合分析，作者深入理解了钙钛矿氧化物在电催化中的行为，进而开发了新型钙钛矿氧化物材料。这些新材料展示了在氧气和氢气演化反应中的潜在应用，最终推动了电催化技术的进步，尤其是在可再生能源的高效利用和存储方面的应用。通过这项研究，作者为钙钛矿氧化物的电催化剂设计提供了新的视角和方法，促进了电催化领域的进一步发展。【图文解读】图1. 电催化的前景。图2. 电催化中钙钛矿氧化物的示意图。图3. 钙钛矿氧化物的氧气演化反应机制。图4. 影响钙钛矿氧化物氧气演化反应的关键因素。图5. 钙钛矿氧化物在氧还原反应中的应用。图6. 钙钛矿氧化物在氢气演化反应中的应用。图7. 钙钛矿氧化物在其他反应中的应用。图8. 钙钛矿氧化物的表征和研究框架。【科学启迪】本文提供了对钙钛矿氧化物在电催化反应中的应用及其机制的深入分析，揭示了影响催化活性的多个关键因素。这些发现强调了钙钛矿氧化物的组成和结构可调性，使其在多种反应中展现出良好的催化性能，特别是在氧演化反应（OER）、氢演化反应（HER）和氧还原反应（ORR）中。这一特性不仅为设计高效的电催化剂提供了新思路，也为材料科学领域带来了启示，推动了催化剂开发的进程。此外，本文提出了先进的表征技术和研究框架，有助于系统性地理解催化机制，促进理论计算与实验研究的结合。这种方法论的创新使得研究者能够更精准地探索催化反应的本质，从而设计出更具商业价值的催化剂。总体而言，钙钛矿氧化物的研究不仅促进了可再生能源的应用，也为应对全球能源和环境挑战提供了新的解决方案，具有重要的科学意义和应用前景。这些启示将引导未来在电催化和相关领域的研究，推动绿色技术的发展。参考文献：Jia-Wei Zhao et al. ,Structural evolution and catalytic mechanisms of perovskite oxides in electrocatalysis.Sci. Adv.10,eadq4696(2024).DOI:10.1126/sciadv.adq4696

关于氢气生成技术的技术考量为气相色谱和气相色谱/质谱应用提供载气的氢气发生器利用多项技术提供高纯度氢气。本文将探讨各种氢气提纯方法。前 3 种方法结合使用 PEM（质子交换膜）和多种提纯技术，第 4 种方法使用综合钯电解槽。PEM/钯扩散钯薄膜氢气提纯器利用压力驱动跨钯薄膜扩散原理工作。只有氢气能够扩散穿过钯扩散器。钯扩散器款式多样，包括管、螺旋管或薄膜箔阵列。钯扩散器由钯银合金材料制成，该材料在加热到标称 300oC 以上时具有只允许单原子氢穿过其晶格的独特属性。与钯薄膜表面接触的氢分子离解为单原子氢并穿过薄膜。在钯薄膜的另一侧，单原子氢重新组合为双原子氢。 PEM/钯扩散过程特点与优势 超高纯度氢气，几乎无水分或氧气携带。纯度超过 99.99999%。 无需例行维护。 提纯器中钯扩散器的预计正常使用寿命约为 5 年，取决于具体应用以及使用情况（来源： http://pureguard.net/cm/Library/FAQs.html）问题 使用钯银合金时，意外断电会对扩散器造成无法逆转的损害。 钯银合金会吸收氢气，导致体积增加或变形变脆。 如果扩散器因孔洞而破裂，对此进行维修无经济优势。 在氢气存在时保证钯薄膜不冷却对于延长使用寿命至关重要。即使提纯器短时间内在最佳工作温度范围外运行，也会使其耐用性下降。 氢气进入扩散器“提纯”侧后，需定期清理电解槽“未提纯”侧遗留氢气（仍包含氧气和水分等杂质）。这样可以确保有充足数量的氢分子可进行跨钯薄膜传递，以便维持扩散器效率。这一过程非常复杂，如果系统设计不佳，会使扩散器输出压力/流量产生脉冲效应。 反应在超高温度下进行，该过程中出现任何火源都非常危险，由此会引发安全顾虑。用于驱动加热器盒的电流在此温度下非常危险，如果发生任何问题都有可能产生明显电弧。 需要更换提纯器中的钯薄膜，更换间隔约为 5 年。 推荐使用备用电解槽消除停机时间。 碳排放量更大，因为需要用电将钯合金加热至工作温度。 钯电解槽/提纯器综合系统采用金属钯阳极，由于水无法有效传导电流，因此添加强水溶性电解质，通常使用 20% 的氢氧化钠 (NaOH)。钯管束作为阴极，只有氢及其同位素能够穿过阴极，生成超高纯度氢气。钯电解槽/提纯器综合系统特点与优势超高纯度氢气，几乎无水分和氧气携带问题 每 12 个月必须更换电解槽中的电解质溶液。使用的电解质为 NaOH（氢氧化钠），氢氧化钠为腐蚀性物质，必须小心处理。更换过程至少需要 8 个小时的冷却时间和 4 个小时的启动时间。必须事先排空所有之前使用的电解质溶液。 含硫化合物和不饱和碳氢化合物会降低渗透性。 氢氧化钠会腐蚀设备，久而久之会造成损害。 使用质量较差的电解质会损害电解槽的电化学装置。 存在电解质泄漏风险，会灼伤皮肤。 PEM/吸附剂变压吸附变压吸附技术利用改变通过两个充满吸附材料（珠状）柱的流量的原理工作，其中的吸附材料作为分子筛。氢通过一个柱时，少量干燥气体沿另一柱传递。无吸附能力时，吸附材料会强制再生。该动作会在柱中完全再生吸附材料，因此无需更换材料。少量产品氢气冲走废物后，容器为下一生产周期准备就绪。生产的氢气干燥程度极高，水分含量仅为 1ppm。 PEM/吸附 PSA 过程特点与优势 稳定性高，可再生技术。 无高压或与之关联的高电流。 连续氢气流，无压力波动或脉冲效应。 维护要求限于消电离器盒的更换。无需更换干燥剂或危险的腐蚀剂。 启动和停机程序简短方便。 操作简便，运行可靠。 与其他氢气提纯方法相比，能耗较低，因此运行成本更低。 行业研究表明使用钯技术能够生产最干燥的氢气，但根据 Agilent 技术公司的纯度建议，PSA 足以满足气相色谱/质谱的要求。问题电解槽更换成本更高。用于再生分子筛的氢气会排入空气。也可选择市场中将此部分氢气通过催化剂以消除向空气排放氢气的氢气发生器。 PEM/硅胶干燥系统使用硅胶干燥柱是另一常用提纯方法并且因其简便易行而被广泛采用。使用 PEM 技术产生的氢气会流过不锈钢干燥盒去除水分。干燥柱通常由硅胶珠组成，硅胶珠在氢气中作为干燥剂，可产生满足行业纯度要求的高纯度氢气。 PEM/硅胶干燥过程特点与优势干燥器（硅胶）和消离子器盒更换简便。满足气相色谱纯度的一般要求。与其他提纯方法相比，性价比高。问题通常会存在一些水分或氧气携带。干燥剂（硅胶）需要连续监控并定期更换，具体取决于系统使用情况。使用频繁时，干燥盒可能需要每周更换。

近日，中国科学院大连化学物理研究所生物质氢键选控与活化创新特区研究组研究员路芳团队，实现了原生生物质催化转化制备低碳天然气。　　天然气是重要基础化石能源之一，可作为发电、供热和运输的燃料，也可用于生产甲醇等大宗化学品。与石油、煤炭相比，天然气燃烧效率高、碳排放及污染物排放低。在当前碳达峰、碳中和的国家战略背景下，发展农林废弃物为原料合成天然气技术路线，对于缓解天然气供应紧张、促进农业废弃物转化和利用具有重要意义。　　该工作中，科研人员发展了一种高效的催化氢解策略，可以直接转化多种农林废弃物快速制备天然气：通过精准构建Ni2Al3合金催化活性中心，促进原生生物质大分子中碳-氧和碳-碳键的高效断裂，在温和条件下催化生物质高效转化制备天然气，其中天然气的碳收率可达93%，并且符合管道天然气的组成。全生命周期和经济评估分析表明，生物质天然气与化石天然气相比，碳排放降低了30%左右，通过初始氢压的优化，0.1MPa氢压条件下的碳排放仅为4.0MPa氢压下的10%左右。此外，利用该技术路线，有望实现从原生生物质出发，利用可再生氢气等制备生物质天然气，再通过管道输送将该天然气用于工业、住宅、交通和发电等方面。该技术路线制备的天然气能够有效减少碳排放，具有一定的经济竞争性，为生物质资源转化利用提供了新技术路径。　　相关研究成果以Catalytic Production of Low-carbon Footprint Sustainable Natural Gas为题，发表在《自然-通讯》（Nature Communications）上。研究工作得到国家自然科学基金、科技部国家重点研发计划等的支持。　　论文链接 大连化物所实现生物质催化转化制备低碳天然气

7月20日，仪器信息网(instrument.com.cn)与日本分析仪器工业会(JAIMA) 首次共同主办“中日科学家论坛之材料科学”线上科技论坛，以期为中日科学家们提供交流平台，促进两国科学技术的发展。此次在线科技论坛有幸邀请到国际著名光化学家、光催化研究的开创者、中国工程院外籍院士、诺奖热门人选、荣膺2019年度中国政府友谊奖的日本藤岛昭教授，中国科学院院士、北京大学博雅讲席教授、北京石墨烯研究院院长刘忠范教授，中国科学院大学教授，中国科学院物理研究所孟庆波研究员，北京工业大学闫鹏飞教授，国家纳米科学中心孟幻研究员，将分别围绕光催化材料、新能源、纳米材料等前瞻领域进行探讨。同时也邀请到日本电子株式会社（JEOL Ltd. ）TEM应用部总经理助理大西市朗、岛津企业管理（中国）有限公司SPM产品担当陈强将分别为大家分享科学研究离不开的利器技术：最前沿的球差校正透射电镜技术、原子力显微镜技术。以下为藤岛昭教授报告预告，以飨读者：藤岛昭（Akira Fujishima）教授，东京大学特别荣誉教授、东京理科大学荣誉教授、中国工程院外籍院士。他于1972 年在Nature 上发表了二氧化钛单晶表面在紫外光照射下水的光分解现象，这一被称为“本多-藤岛效应”（Honda-Fujishima Effect）的开创性科研成果及其随后的一系列重要成果，使得藤岛昭教授 被公认为“ 光催化之父” 。报告形式：线上直播，30分钟报告+10分钟在线答疑报告时间：2021年7月20日9:40-10:20（北京时间）报告语言：英文PPT，英文报告，中文字幕报告题目：How to Get Clean Energy: Photocatalysis and Carbon Recycling如何获得清洁能源：光催化与碳循环报告摘要：Photocatalysis has been widely developed and put into practical use in the areas of antifouling and antifogging，research on artificial photosynthesis—the process of extracting hydrogen through photocatalysis—has also been garnering significant attention in recent years as a technology with the potential to contribute to a decarbonized society. Along with the shift to replace fossil fuels with renewable energies such as hydrogen ,another important measure to achieving a decarbonized society is carbon recycling, effectively using CO2 as a resource. In consideration of that viewpoint, I has proposed the following method: first, extract hydrogen through water electrolysis using the electricity produced from highly efficient solarcells. Next, combine the extracted hydrogen with the CO2 emitted from power plants and factories to produce methanol, which can be used as an energy source.报名参加：免费，点击报名扫码报名藤岛昭教授在央视《开讲啦》栏目演讲视频回顾：央视网：《开讲啦》 20191019 中国工程院外籍院士，日本著名光化学家藤岛昭教授：知之不如好之，好之不如乐之藤岛昭简介（主要摘自中国工程院）藤岛昭教授藤岛昭教授，1942年生于日本东京，致力于研究半导体电化学。2009年，藤岛昭教授当选欧洲科学院院士。不久前，他接受一项新的职位，担任东京理科大学校长。1971年获得日本东京大学应用化学专业博士学位。在东京大学，他发现水可以通过光电化学方式，经TiO2电极照射分解为氢气和氧气。他在神奈川大学任教四年，后到东京大学任教，并于1986年取得教授职称；其研究领域也扩展到更大的范围，包括光与无机材料及有机材料的相互关系。他于1990年开始研究基于二氧化钛的光催化自洁涂料。他认识到太阳光中少量的紫外线辐射可以被有效利用，通过充分氧化的以氧为基础的自由基作用，用于自洁与自消毒。藤岛昭教授对光诱导的亲水性的相关现象进行研究，在此种现象中，紫外光会导致TiO2表面具有超亲水性。藤岛昭教授依然对光催化基础研究和应用，以及光诱导亲水性保持浓厚兴趣，同时也热衷于开发新材料，包括带有光功能性质的纳米结构材料。藤岛昭教授已经发表了750多篇原始论文，440篇综述文章，拥有280项专利。主要奖项：朝日新闻朝日奖（1983）、井上春成奖（技术创新）（1998）、日本化学会奖（2000）、Heinz Gerischer奖（电化学学会欧洲分会，2003）、紫绶带勋章（2003）、日本奖（2004）、日本学院奖（2004） ）、国家发明嘉奖（2006年）、神奈川文化奖（2006）、文化功勋人物（2010年）、路易吉伽伐尼奖章（2011年）、汤森路透引文奖（2012年）、文化勋章（2017年）。2003年，藤岛昭教授成为中国工程院外籍院士。2003年，藤岛昭教授从东京大学退休，担任神奈川科学与技术研究院主席一职。2005年，成为东京大学特别大学荣誉教授。2006年至2008年期间，担任日本化学会会长。高被引代表作Surface Science Reports:TiO2 光催化作用及相关的表面现象（TiO2 photocatalysis and related surfacephenomena. Surface Science Reports, 2008, 63, 515-582）光催化领域的历史可以追溯到80多年以前，主要是对二氧化钛基涂料的粉化现象的早期观察以及对与有机化合物在阳光下接触的金属氧化物变黑的研究。在过去的20 年中，由于对空气和水的修复，自清洁表面和自灭菌表面的影响，它已成为一个研究非常深入的领域。在同一时期，研究人员也一直在努力地将光催化用于光辅助生产氢气。在研究最多的光催化剂二氧化钛上光催化的基本方面仍在积极研究中，并且最近已得到相当广泛的了解。但是，某些方面（例如光致润湿现象）仍存在争议，其中一些人认为该效应是一种简单的分解有机污染物的效应，而另一些人则认为存在其他效应，其中固有的表面性质被光修饰。在过去的几年中，一些有效的工具，例如在超高真空下对单晶执行的表面光谱技术和扫描探针技术，以及超快脉冲激光光谱技术都可以解决这些问题，并且新的见解也变得可能。除此之外，量子化学计算也提供了新的见解。最近已经基于二氧化钛开发了新材料，并且对可见光的敏感度得到了提高。作者在这篇综述中提供了一些亮点的概述，在回顾一些起源的同时，并指出一些可能的新方向。

通过模仿光合作用，麻省理工学院的研究人员设计了一种新型光催化剂，可吸收光并用来驱动各种化学反应。　　这种被称为生物混合光催化剂的新型催化剂含有一种捕光蛋白，可吸收光并将能量转移到含金属的催化剂上。该催化剂可用于合成药物或将废物转化为生物燃料等有用化合物的反应。通过用光代替有害条件和试剂，光催化可使制药、农用化学品和燃料合成更加高效、环保。　　为创造新的生物混合催化剂，研究人员模拟光合作用并将两种不同的元素结合起来：一种用于收集光，另一种用于催化化学反应。对于捕光成分，他们使用了一种在红藻中发现的称为R-藻红蛋白（RPE）的蛋白质。他们将这种蛋白质附着在含钌催化剂上。研究表明，与单独的钌光催化剂相比，新的生物混合催化剂可将这些反应的产率提高十倍。并且，这些反应可以在红光照射下发生，这是现有光催化剂难以实现且有益的，因为它产生的副反应更少，对组织的损害更小，因此有可能用于生物系统。　　注：本文摘自国外相关研究报道，文章内容不代表本网站观点和立场，仅供参考。

在国际顶级学术期刊《Nature》上，中国石油大学（北京）实现了重要突破！中石大（北京）重质油国家重点实验室姜桂元教授团队，联合德国莱布尼兹催化研究所Evgenii V. Kondratenko教授团队、焦海军教授团队、山西大学及德国卡尔斯鲁厄理工学院等科研机构合作者，在丙烷无氧脱氢催化剂研究方面取得新进展。11月10日，研究结果以“In situ formation of ZnOx species for efficient propane dehydrogenation”（原位形成ZnOx物种用于丙烷高效脱氢）为题， 于《Nature》在线发表。中石大（北京）博士生赵丹为本论文的第一作者，姜桂元教授、Evgenii V. Kondratenko教授及焦海军教授为论文的通讯作者。论文以中石大（北京）为第一通讯单位，而这也是该校的首篇《Nature》。继2013年首次《Science》发文之后，至此，中石大（北京）已经集齐了《Nature》和《Science》两大国际顶尖期刊的发表。作者简历：姜桂元，男，教授、博士生导师，中国石油大学（北京）化学工程与环境学院副院长，校青年创新团队负责人。主要从事能源催化方面的研究工作，包括轻烃高效转化和太阳能光催化等。在Nature Commun., Adv. Mater., Chem. Commun., J. Catal., Applied Catal. B等SCI 重要学术期刊上发表论文100余篇，参编学术著作4部，授权国家发明专利24项。先后入选北京市科技新星计划、教育部新世纪优秀人才计划及北京高等学校青年英才计划等。受邀担任《Scientific Reports》、《Current Catalysis》、《Carbon Resources Conversion》期刊编委，担任中国化工学会工程热化学专业委员会委员、中国感光学会光催化专业委员会委员、中国能源学会能源与环境专业委员会委员等。研究简介：丙烯是基本的有机化工原料，近年来供需缺口不断加大。随着页岩气开采技术发展、资源高效利用及能源高质量发展的需求驱动，特别是在双碳背景下石油石化行业面临的转型升级，丙烷无氧脱氢（PDH）制丙烯技术成为填补丙烯供需缺口的一种重要途径。目前商业化的PDH催化剂是K-CrOx/Al2O3和Pt-Sn/Al2O3，Pt价格昂贵以及Cr(VI)毒性高，限制了其进一步应用。研发价格低廉、环境友好的高效非贵金属基替代催化剂并揭示其催化作用机制至关重要且迫在眉睫。针对上述问题，研究人员采用简单的机械混合-原位氢气还原处理方法，成功地在Silicalite-1(S-1)上合成了双核Zn-oxo物种。研究发现，在还原处理机械混合的ZnO-S-1样品时，被还原的ZnO以Zn单质形式迁移至S-1上并与其羟基窝发生反应，得到双核Zn-oxo物种。在还原性条件下，低配位双核Zn-oxo物种是丙烷脱氢的活性位，将该催化剂应用于丙烷无氧脱氢反应时，在400个小时的反应测试中，催化剂展现了优异的催化性能，在与商业K-CrOx/Al2O3类似催化剂相当的丙烯选择性条件下，该催化剂的丙烯时空收率是K-CrOx/Al2O3的3倍左右（上图(a)和(b)）。同时该催化剂的制备方法还可以拓展至富含羟基窝的其它类型分子筛以及富含羟基的金属氧化物中（上图(c)和(d)），表现出良好的应用前景。该研究基于分子筛羟基窝和原位预处理/反应构筑高效非贵金属基催化剂，不仅从分子层次阐明丙烷脱氢活性位的形成与作用机制，还为将来高效催化剂理性设计提供了新思路。

2020年4月3日，山东省地方标准DB37/T 3922《固定污染源废气 总烃、甲烷和非甲烷总烃的测定 便携式催化氧化-氢火焰离子化检测器法》正式颁布啦！ 从2017年到2020年，历经三年多的时间，经过大量实验室和现场验证，对于固定源废气总烃、甲烷和非甲烷总烃指标的测定在原HJ38-2017方法标准的基础上引入了便携式现场直读方法。 此方法标准的出台对于山东省非甲烷总烃的现场测定实现了有法可依，对于已出台的山东省挥发性有机物排放标准体系（共7个部分）提供了非甲烷总烃指标的现场方法支撑，同时可用于在线仪器的现场比对和应急保障等各方面现场工作。山东省地方标准DB37/T 392201标准制订的重要内容标准明确规定了对于固定污染源废气 总烃、甲烷和非甲烷总烃的测定使用氢火焰离子化检测器（FID）法，对于甲烷的分离使用催化氧化的方法，根据大量现场验证，适用于绝大多数的工况现场要求。标准同时明确了适用范围、仪器结构组成、监测频率、结果计算方式、质控措施以及使用注意事项等方面的具体要求。02构建了新的指标体系，有法可依结构组成：采用FID检测器+催化氧化单元+定量环方式进样；监测频率：按分钟计算测量数据，取连续 5 min～15 min 测定数据的平均值，作为一次测量值；结果计算：明确标准状态下废气中的质量浓度表示；质控措施：要求测试前后用标气验证示值误差等指标，且要求每半年检查仪器的催化效率，须达到90%以上。03现场工作要符合以下需求标准对仪器现场工作所需要的气源——燃烧气、标气和除烃空气均做出明确规定。其中燃烧气氢气纯度需达到99.999%，须以安全形式存储；标气必须为有证可溯源甲烷/丙烷等气体等等；同时作为现场直读仪器，标准要求仪器同屏显示总烃和甲烷的数值，具备显示实时数据和曲线、查询历史 数据功能，具有远程数据传输功能和现场打印功能等等。青岛环控设备有限公司的POLLUTION PF-300便携式甲烷、总烃和非甲烷总烃测试仪有幸参与到此标准的现场测试与方法验证过程，为标准的严谨、规范与合理提供了有力的数据支撑。该产品符合标准所有要求，在全国已有广泛的用户群体。

瑞典斯德哥尔摩大学研究人员首次研究了氮和氢生成氨时铁和钚催化剂的表面特性。这一成果为更好了解催化过程，找到更高效材料，为化工行业绿色转型打开了大门。研究结果发表在1月10日的《自然》杂志上。哈伯法是一种通过氮气及氢气产生氨气的方法。利用该方法生产的氨年产量为1.1亿吨，而氨是目前生产化肥的基础化学品之一。《自然》杂志在2001年提出，哈伯法是20世纪人类最关键的科学发明之一。因为有了哈伯法大量生产化肥后，预防了大规模饥饿，拯救了大约40亿人的生命。不过，在真实的氨生产条件下，科学家还无法通过表面敏感方法对催化剂表面特性进行实验研究。在足够高的压力和温度下具有表面敏感性的实验技术尚未实现。斯德哥尔摩大学化学物理学教授安德斯尼尔森表示，关于铁催化剂的状态是金属的还是氮化物的不同假设，以及对反应机理重要的中间物种的性质，都无法得到明确的验证。研究人员此次建造了一台光电子能谱仪，可研究高压下的催化剂表面特性。因此，他们能观察到当反应直接发生时会发生什么，可检测反应中间体，并为反应机理提供证据。新仪器为理解氨生产催化打开了一扇新的大门。研究人员表示，新工具可开发用于生产氨的新型催化剂材料。这些材料可更好地与电解生产的氢气配合使用，实现化学工业的绿色转型。

【研究背景】电化学二氧化碳还原（CO2R）是一种利用可再生电力将二氧化碳转化为有价值燃料的重要技术，广泛应用于应对气候变化和实现碳中和目标。与传统的生物质乙醇生产方法相比，CO2R具有更低的碳强度和潜在的可持续性。然而，现有的CO2R催化剂在选择性和能量效率方面仍存在瓶颈，尤其是在实现高碳效率和能量效率的平衡时，面临着显著的技术挑战。近日，来自加拿大多伦多大学机械与工业工程系David Sinton教授（加拿大工程院院士）团队某研究团队的研究中取得了新进展。该团队设计并制备了一种新型的电解槽系统，结合了正向偏压双极膜（f-BPM）和酸性电解质，成功实现了乙醇的高效电合成。利用创新的界面阳离子矩阵（ICM）-催化剂异质结，该系统有效富集了阴极表面的碱性阳离子，从而显著提高了二氧化碳还原为乙醇的选择性，达到超过90%。该研究还显示，氢氧根离子的迁移被有效控制，极大地降低了氢气演化反应（HER）的法拉第效率，保持在10%以下。此外，整个系统的碳效率达到了63%，全电池能量效率（EEethanol）为15%，每吨乙醇的总能耗为260 GJ。这些结果表明，该团队的研究为电化学二氧化碳还原技术在高效乙醇生产中的应用提供了新的解决方案，具有重要的理论和实践意义。【表征解读】本文通过一系列高端仪器和表征手段，揭示了Cu电极在电催化CO2还原反应中的重要作用。首先，使用超高分辨率的Schottky扫描电子显微镜（SEM）及能量色散X射线谱（EDS）映射，作者能够详细观察到催化剂表面的微观结构及其元素分布。这些表征结果表明，银的负载能够显著改善Cu电极的催化性能，从而促进了CO2的还原反应。针对Cu电极表面形成的银簇现象，作者采用了场发射透射电子显微镜（HF3300，环境CFE-TEM）进行微观机理的深入分析。通过获取扫描透射电子显微镜（STEM）和高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）图像，作者能够观察到银簇的均匀分布及其对Cu晶体结构的影响。这一发现揭示了银簇在催化反应中的关键作用，帮助作者理解其催化机理。此外，作者还使用Rigaku Miniflex 600 6G台式粉末X射线衍射仪对催化剂的晶体结构进行了表征。通过分析不同银负载量的催化剂的衍射图谱，发现银的引入显著影响了Cu的晶体相，促进了催化剂的活性位点生成。这为作者后续的催化性能评估提供了理论基础。在此基础上，采用Renishaw inVia拉曼显微镜进行原位拉曼光谱测量，作者能够实时监测催化过程中的反应中间体及其变化。通过对拉曼光谱的分析，作者发现催化反应的活性与反应中间体的形成密切相关。这一结果为作者进一步挖掘Cu-Ag催化剂的反应机制提供了重要的实验依据。同时，通过X射线吸收光谱（XAS）技术，结合原位和外部测量，作者深入探讨了Cu催化剂在电解过程中的电子状态和局部结构变化。这些表征结果表明，银的加入不仅增强了Cu电极的导电性，还提高了其催化选择性。这一发现为优化催化剂的设计提供了新的思路。综合以上表征手段和结果，本文着重研究了Cu-Ag复合催化剂在CO2电还原中的性能表现。通过系统的微观分析，作者揭示了催化剂在反应过程中发生的结构变化和性能提升机制。这些深入的研究为制备高效催化材料奠定了基础，最终推动了电催化领域的进步。参考文献：Shayesteh Zeraati, A., Li, F., Alkayyali, T. et al. Carbon- and energy-efficient ethanol electrosynthesis via interfacial cation enrichment. Nat. Synth (2024). https://doi.org/10.1038/s44160-024-00662-x

p 近日，中国科学院大连化学物理研究所太阳能研究部中科院院士李灿、研究员章福祥等在宽光谱捕光催化剂Z机制全分解水制氢研究中取得新进展。研究结果发现，通过设计和调控BiVO4表面助催化剂Au的担载，以及双助催化剂(Au和CoOx)的选择性负载，可有效促进BiVO4的产氧性能及其与氧化还原电对离子间的电荷传输，并基于此构筑了高效的可见光Z机制全分解水体系，其表观量子效率超过10%(420nm激发)。相关结果在线发表在Cell旗下的Joule 期刊上。 /p p 　　基于光催化剂粉末悬浮体系实现太阳能全分解水产氢有望成为经济可行的太阳能转换方式之一。近年来，李灿和章福祥团队一直致力于利用宽光谱响应材料构筑Z机制全分解水体系，期间发展了“一锅氮化”构筑异质结促进电荷分离的新方法，解决了含氮化合物在空气或惰性气体下热稳定性差、不易构筑异质结的实验难题，进而构筑了多个Z机制全分解水制氢体系(Angew. Chem. Int. Ed., Chem. Sci.)。此外，该团队发展了氨气流保护负载放氧助催化剂的新方法，极大提升了宽光谱捕光催化剂的放氧性能 在此基础上又发现助催化剂的分散性对界面电荷分离有极大影响，其受界面的亲疏水属性影响明显，例如：通过Ta3N5表面氧化镁层修饰不仅可促进助催化剂分散和界面电荷分离效率，而且可有效抑制Z机制中的竞争反应，最终使Z机制全分解水制氢成为可能(相关结果发表在J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., J. Catal., Appl Catal B: Environ.等)。通过不断努力，该团队不仅成功拓展了Z机制全分解水制氢中产氢和产氧端催化剂对可见光的利用范围(产氢端由510nm拓展至650nm 产氧端由450nm拓展至590nm)，而且将粉末体系Z机制可见光催化全分解水制氢的表观量子效率记录不断刷新。 /p p 　　该研究利用具有单电子转移、适宜中性环境且具有较低氧化还原电位的[Fe(CN)6]3-/[Fe(CN)6]4-为氧化还原电对，基于其前期实验发现，BiVO4不同晶面间存在光生电子和空穴空间分离(Nature Commun.)，采用双助催化剂(Au/CoOx)在BiVO4的{010}和{110}晶面上的选择性沉积策略使得产氧性能大幅提升。在此基础上通过耦合具有较宽可见光响应的产氢端，实现了高效的Z机制全分解水，取得了10.3%(420nm激发)的全分解水制氢量子效率，刷新了该团队以前保持的6.8%(420nm激发)的记录。此外，研究同时发现Au纳米粒子的担载有利于从BiVO4抽取电子向[Fe(CN)6]3-的转移。以上研究结果为今后进一步发展高效可见光完全分解水体系奠定了基础。 /p p 　　该研究工作获得基金委、科技部、中科院以及能源材料化学协同创新中心等资助。 /p p style=" text-align: center " img title=" 54.jpg" alt=" 54.jpg" src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201809/uepic/78441239-c803-421d-92ba-a3a5ddc2a895.jpg" / /p p /p

p style=" text-align: justify " & nbsp & nbsp 近日，中国科学院大连化学物理研究所太阳能研究部中科院院士李灿、研究员章福祥等在宽光谱捕光催化剂Z机制全分解水制氢研究中取得新进展。研究结果发现，通过设计和调控BiVO4表面助催化剂Au的担载，以及双助催化剂（Au和CoOx）的选择性负载，可有效促进BiVO4的产氧性能及其与氧化还原电对离子间的电荷传输，并基于此构筑了高效的可见光Z机制全分解水体系，其表观量子效率超过10%（420nm激发）。相关结果在线发表在Cell旗下的Joule期刊上。 /p p style=" text-align: justify " & nbsp & nbsp 基于光催化剂粉末悬浮体系实现太阳能全分解水产氢有望成为经济可行的太阳能转换方式之一。近年来，李灿和章福祥团队一直致力于利用宽光谱响应材料构筑Z机制全分解水体系，期间发展了“一锅氮化”构筑异质结促进电荷分离的新方法，解决了含氮化合物在空气或惰性气体下热稳定性差、不易构筑异质结的实验难题，进而构筑了多个Z机制全分解水制氢体系（Angew. Chem. Int. Ed.,& nbsp Chem. Sci.）。此外，该团队发展了氨气流保护负载放氧助催化剂的新方法，极大提升了宽光谱捕光催化剂的放氧性能；在此基础上又发现助催化剂的分散性对界面电荷分离有极大影响，其受界面的亲疏水属性影响明显，例如：通过Ta3N5表面氧化镁层修饰不仅可促进助催化剂分散和界面电荷分离效率，而且可有效抑制Z机制中的竞争反应，最终使Z机制全分解水制氢成为可能（相关结果发表在J. Am. Chem. Soc.,& nbsp Angew. Chem. Int. Ed.,& nbsp J. Catal.,& nbsp Appl Catal B: Environ.等）。通过不断努力，该团队不仅成功拓展了Z机制全分解水制氢中产氢和产氧端催化剂对可见光的利用范围（产氢端由510nm拓展至650nm 产氧端由450nm拓展至590nm），而且将粉末体系Z机制可见光催化全分解水制氢的表观量子效率记录不断刷新。 /p p style=" text-align: justify " & nbsp & nbsp 该研究利用具有单电子转移、适宜中性环境且具有较低氧化还原电位的[Fe(CN)6]3-/[Fe(CN)6]4-为氧化还原电对，基于其前期实验发现，BiVO4不同晶面间存在光生电子和空穴空间分离（Nature Commun.），采用双助催化剂（Au/CoOx）在BiVO4的{010}和{110}晶面上的选择性沉积策略使得产氧性能大幅提升。在此基础上通过耦合具有较宽可见光响应的产氢端，实现了高效的Z机制全分解水，取得了10.3%（420nm激发）的全分解水制氢量子效率，刷新了该团队以前保持的6.8%（420nm激发）的记录。此外，研究同时发现Au纳米粒子的担载有利于从BiVO4抽取电子向[Fe(CN)6]3-的转移。以上研究结果为今后进一步发展高效可见光完全分解水体系奠定了基础。 /p p style=" text-align: justify " & nbsp & nbsp 该研究工作获得基金委、科技部、中科院以及能源材料化学协同创新中心等资助。 /p p /p p style=" text-align: center " img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201809/uepic/6551cab8-9ba1-4a04-9214-029bf98e67ba.jpg" title=" W020180903502854063554.jpg" alt=" W020180903502854063554.jpg" / br/ 大连化物所宽光谱捕光催化剂全分解水制氢研究取得新进展 /p p br/ /p

近期，中国科学院合肥物质科学研究院智能机械研究所刘锦淮课题组的杨良保研究员等人在阐明单个的各向异性的金微米片上拉曼增强与光催化活性之间关系的研究上取得新进展。相关成果已发表在《欧洲化学》杂志上。该研究对于理解SERS活性纳米结构的增强机制和等离子体有关的催化效应具有重要的意义。 　　各向异性贵金属微纳结构因其独特的尺寸依赖效应和形状依赖效应，成为了越来越多的研究领域的热点，逐渐应用于光学、催化等领域。但是，在如何克服化学效应的贡献并获得分子层面信息的同时，阐明贵金属结构上的拉曼散射和光催化活性之间的关系，仍然是一个巨大挑战。 　　研究人员刘洪林博士等人通过简单的方法合成了纳米厚度的金微米三角片和六角片，并直观地展示了这些结构不同位置上拉曼信号和光催化活性之间关系。通过等离子体光催化敏感分子的结构的变化，利用其SERS信号峰相对强度的变化，成功刻画了金微米片角、边、面上不同位置的光催化活性的可视画面，排除了常规研究中浓度效应和分子覆盖度差异的问题。 　　研究结果表明，金微米片上特定位点分子吸附数目的增加，并不必然导致更高的光催化转化率，而是与其等离子体共振强度、电磁场强度密切相关，这与理论模拟的结果一致。相关研究策略排除或者弱化了等离子体局域热效应，也在一定程度了成功克服了浓度差异效应和化学贡献效应在贵金属等离子体光催化中的作用，清晰的刻画了等离子体共振强度相关的催化特性。 　　该研究工作得到了科技部重大科学研究计划纳米专项项目&ldquo 应用纳米技术去除饮用水中微污染物的基础研究(2011CB933700)&rdquo 以及国家重大科学仪器设备开发专项子任务&ldquo 动态表面增强拉曼光谱技术用于农药残留检测&rdquo 和&ldquo PERS仪器在环境污染物检测领域中的应用&rdquo (2011YQ0301241001 & 2011YQ0301241101)等项目的支持。 　　 合肥研究院阐明各向异性贵金属微纳结构的拉曼增强和光催化活性之间的关系

摘自石油化工科学研究院《色谱法多功能催化研究装置》 在以往工作的基础上，提出了用气象色谱（GC）对催化反应、化学吸附和气体扩散进行联合研究的设计，建立了相应的装置，并拟投入定型化仪器生产。根据要求，可以使用脉冲法、连续流动法、迎头法，以及程序升温脱附技术，在一套设备上逐个测定催化剂的反应速度、金属分散性或其它活性中心、表面酸碱度和质量传递性能等，以便参照催化全过程的多种原位数据，有效地改进催化剂的活性、选择性及寿命。一、序言 在多相催化中，由于反应体系的复杂性，使得再解释催化活性及其机理上遇到了困难，因而妨碍了对特定化学过程最佳催化剂的选择。在近代，虽然有着各种能谱，光谱，磁学方法，场发射技术等应用于催化精细结构的研究，但由于各自在仪器和理论方面的限制，它们存在以下主要缺点：1、由于价格昂贵，不是所有的研究者都能得到所希望的仪器设备；2、由于催化材料的多样性，不是每种仪器都能获得所希望的数据；3、多数物理方法在“非原位“条件下所得到的数据，很难与催化行为直接关联。 近十多年来，随着色谱理论和技术的日臻成熟，并且由于它没有以上缺点和具有简便、快速、定量准确等优点，因而在催化研究中得到了广泛的应用。则是在接近于反应的条件下，研究固体催化剂的大多数表面化学性质，并在同时测定他们的催化性能，以便关联这些数据，加深对某特定过程催化作用本质的了解，并控制它的最佳催化剂的选择。为此，在综合以前工作的基础上，笔者提出了利用气相色谱技术，对催化行为进行联合研究的设计，并建立了可以作为定型化仪器的示范装置。现将该方法的基本原理和操作要点介绍如下。二、在催化研究中的应用GC技术通常按两种方式用在催化研究中，一种是将催化剂直接填充在色谱柱中，另一种是附加一个微型反应器与GC。用此可以测定物理表面积，传递参数，化学吸附和表面行为，反应速度等催化过程所需要的几乎全部数据。由于使用物理吸附法进行总表面积和孔分布的测定熟为人知，因而将不予涉及。在此，仅介绍笔者及其同事曾经进行和较感兴趣的几个方面。应用GC技术研制的程序升温化学吸附仪PCA-1000系列可进行以下催化剂性能分析：1. 催化剂活性表面积或金属分散性 催化剂的活性表面积仅占物理总表面积的一小部分。这一数据对于考虑催化反应的结构敏感性行为和计算转换数是不必可少的。通常，它也可以用在催化剂上的活性中心数目来表示。并且，通过用用脉冲色谱技术测定不可逆化学吸附，能够获得这一结果。金属和负载的金属催化剂，是研究的最多的对象。我们曾对重整过程中的各种催化剂和双金属催化剂进行研究。吸附质可以使用氢气、氧气、一氧化碳等。最优越的是化学吸附氧的氢脉冲滴定法。吸附体积的测量，按催化剂上消耗的吸附质数量来计算2. 程序升温脱附（TPD）技术 当吸附的质点被提供的热能活化，以至能够克服为了它的逸出所需越过的势垒时，便产生脱附。由于脱附速度随着温度的升高而指数地增加，同时，又因覆盖度的减小而减小，因此，正比于脱附物质浓度的信号，即脱附速度曲线呈TPD谱。 我们曾用氢气的TPD法，对国内外工业和实验室重整催化剂，发现在以Pt为主要组分，以氧化铝为载体的单、多金属催化剂上，存在着两类主要的活性中心。其低能中心是Pt的某种结构所特有的，它主要与加氢-脱氢反应活性有关；而第二或第三组元的引入，则只改变了高能中心的结构特征，它主要与异构化和环化反应有关。两类中心的相对数量和谱图的形状，决定着各基元反应的选择性；而催化剂的稳定性，则可由谱图的值估价。由此向我们提供了改进催化剂活性、选择性，以及使用寿命的方向。3. 固体材料表面酸碱性能的研究 在多相酸碱催化或双功能催化反应中，催化剂或者在体表面的酸碱度、酸碱中心类型，以及强度，对其活性、选择性、甚至寿命，都有着十分重要的作用。田部浩三曾系统的介绍了这一催化现象和对其进行实验测定的各种方法。特别是应用GC技术的气相酸碱物质的化学吸附法，在快速、准确、简便等方面，具有明显的优越性。 例如，当气体碱在酸性中心上吸附时，与强酸的结合将较在弱酸中心上更稳定，因此，随着温度的上升，吸附在后者上的碱性物质将优先的因热能激发而逸出。于是，在各种温度下逸出的吸附碱的份数，能够作为酸强度的量度；而从气相中所吸附的碱量，则作为表面酸度的量度；如果选择适当的吸附质，也有可能对表面Bronsted酸和 Lewis酸中心加以区分。4. 微型催化反应器技术 将微型催化反应器与GC相结合，提供了一个节省催化反应性能、动力学参数。特别是研究起始速度。中毒效应、催化剂失活等缓慢现象的手段。而且，它也容许方便地获得有关反应机律的情报。 笔者所给出的这种实验设计，可以按两种方式操作：一种是所谓的尾气技术，它与一般的连续流动法没有什么区别；一种是脉冲技术，它更能体现出GC法的优点。特别适合于在各种条件之下快速筛选和评价催化剂的情形。结合选择加氢催化剂的研制，我们曾有效地使用了环己烯、噻吩、异戊二烯模型化合物的微型脉冲催化反应研究法。考察了在许多催化剂上的活性、选择性，以及在某些工业催化剂上的吸附竞争性、反应机理，并计算了主要过程的反应活化能。在本文报道的装置上，还用类似方法研究了环戊二烯在各种类型催化剂上的选择加氢行为。 在非稳态脉冲条件下反应动力学的理论研究指出，只有在一级反应的情形中，或者在脉冲宽度远大于床层高度的条件之下，才能得到与连续流动法反应一致的结果。因此在进行动力学测量时，仔细的把握这一条件是十分重要的。5. 催化剂有效扩散系数的测定 质量传递作用，即扩散效应在使用多孔固体催化剂的工业过程中，对于产品的生产率有着巨大的影响。因此关于催化剂有效扩散性的测定是十分重要的。利用我们给出的装置，还可以按照另外一种途径进行这方面的研究。方法的基本点是在各种流速上，用测定非化学作用气体脉冲加宽的办法，来计算有效扩散系数。

日立扫描透射电镜HF3300在原位催化中的应用 近年来，在催化领域中，真实的催化反应过程成为广大学者的研究热点。原位扫描透射电镜能够实现实时观察样品的反应过程，监测样品的变化。其中日立的冷场300KV的HF3300型扫描透射电镜配备了独特的真空系统(差分泵) 。气体可以直接通入样品室与样品进行反应，到达样品表面的压力最 高能够达到10Pa；配备的新型冷场枪更加稳定，亮度更强，发射电流更加稳定；宽真空范围二次电子探头的加入，能够实现同时观察样品的明场，暗场及二次电子像，从而实现对催化反应过程全方位的了解。 Hitachi HF3300 HF3300 原位催化实验的实例配备多气路系统的HF3300 对铂碳催化剂进行原位气氛加热燃烧实验●图. 1 铂碳催化剂在氧气气氛下加热到200℃的扫描和环形暗场图片图.1 铂碳催化剂在氧气气氛下加热到200℃的SEM和ADF-STEM的图片。从表面二次电子图像和环形暗场图片可以看出，样品在200℃下通入氧气5分钟后，Pt催化剂颗粒均匀的分散在碳载体的表面上。随着处理时间进一步延长，Pt催化剂颗粒逐渐将光滑的碳表面烧蚀出孔洞并且嵌入到孔洞当中，烧蚀出孔洞直径也会随着时间进一步增大，最终在碳表面形成大小不一的孔洞。●图. 2 通气前后铂碳催化剂的扫描和环形暗场图片（气氛：氢气，氧气）图.2 通入氢气和氧气前后铂碳催化剂的扫描和环形暗场图片，从表面二次电子图像和环形暗场图片可以看出，在氢气气氛下铂颗粒和碳载体并没有发生大的改变。与之相比，在氧气气氛下，铂颗粒和碳载体发生了很大的改变，铂在碳载体表面烧蚀出了很多孔洞。碳载体表面孔洞的形成说明铂颗粒烧蚀了碳表面并嵌入到了载体内部。Authors：Application Development Dept.　Manabu Shirai, Takeshi Sato, Hiroaki Matsumoto Electron Microscope Systems Design 1st Dept.　Shunichi Watanabe

新材料不含贵金属 成本不再高企 　　近日，中科院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室博士邓德会、研究员潘秀莲、院士包信和等与洁净能源国家实验室燃料电池研究部合作，首次完成用铁替代燃料电池催化剂中贵金属的实验。相关研究成果日前在线发表于《德国应用化学》。 　　据了解，利用氢气发电是未来先进可持续能源体系发展的重要目标。为了实现这一目标，作为重要能量转换装置的质子交换膜燃料电池将会发挥不可替代的作用。然而，该类燃料电池需要大量的贵金属，如铂、钯、钌等作为催化剂，进而影响了其大规模应用。因此，大幅降低燃料电池电极材料中的贵金属含量，并最终采用地球上丰富的“廉”金属元素完全替代贵金属已成为该领域的重大机遇和挑战。 　　为此，该研究团队创造性地将铁基金属纳米粒子限域到具有豆荚状结构的碳纳米管的管腔中，采用该研究组新近研制成功的深紫外光发射电子显微镜，并借助上海光源先进的X射线吸收谱，结合理论计算，首次观察到金属铁的活性d电子通过与组成碳管壁的碳原子相互作用而“穿过”碳管管壁，使富集在碳管外表面的电子直接催化分子氧的还原反应。 　　该实验和理论研究进一步证实，在这一体系中，包裹纳米金属铁的碳壁阻断了反应气体与铁纳米粒子的直接接触，从原理上避免了反应过程中活性金属铁纳米粒子的深度氧化以及反应气氛中其他有害组分对催化剂的毒害，从而在根本上解决了纳米金属铁作为燃料电池阴极催化剂的稳定性难题。 　　业内专家认为，该项研究不仅为燃料电池催化剂的贵金属替代研究提供了行之有效的途径，而且，由此发展出来的概念为在苛刻条件下运行的催化剂的设计和制备开辟了新方向。 　　以上研究得到了国家自然科学基金委和科技部等相关项目的资助。

英国利物浦大学(University of Liverpool)和西班牙阿利坎特大学(University of Alicante)的研究人员发现，领先燃料电池催化剂铂上存在低电位表面物质，这对发展氢燃料电池技术具有重要意义。利物浦大学斯蒂芬森可再生能源研究所(SIRE)的研究人员，利用高灵敏度光谱技术，探讨低配位Pt原子上OH物质(氢氧根负离子)的吸附性。这种光谱技术名为SHINERS，即壳层隔绝纳米粒子增强拉曼光谱技术。研究人员借助SHINERS方法证明，OH会在比以前认为的更多的负电位下被吸附。在交通运输领域，氢燃料电池正在引领下一场革命。在这些装置中，氢气中的储能与空气中的氧发生反应，从而产生电力，为电动汽车提供动力。氢燃料电池使用铂来催化其内部反应，包括氧还原反应和氢氧化反应。虽然市面上已有燃料电池驱动的汽车、客车和卡车，但所使用的铂成本较高，仍是这项技术的主要阻碍之一。在燃料电池中，要减少铂的使用量，甚至用成本更低和更有效的催化剂代替铂，需要从分子层面深入了解铂表面发生的反应。 到目前为止，人们一直认为，在发生反应的电位下，铂的表面比较“干净的”，没有其他物质。然而，这项研究表明，氢氧根负离子在极低的电位下被吸附在铂表面。对于理解氧还原反应的发生方式，以及寻找更有效的催化剂，这将产生重要影响。研究人员利用电化学技术和拉曼光谱，从而获得这些结果。电化学技术可以区分表面发生的不同过程。基于最近的发展，拉曼光谱首次可以检测吸附的氢氧根负离子。SIRE博士研究生Julia Fernández Vidal领导先进的拉曼测量。Julia表示：“通过系统的电化学和光谱研究，可以观察到OH吸附光谱信号。SHINERS是一种非常强大的技术，能够检测电极表面的分子单层。通过实验观察到这一点，非常令人兴奋。”

2016年，中国科学院大连化学物理研究所（以下简称大连化物所）院士包信和和研究员潘秀莲等提出的OXZEO催化技术发布于《科学》杂志。该项技术自提出以后就广受关注，并且入选了当年的“中国科学十大进展”。　　近日，基于OXZEO催化剂设计概念，大连化物所院士包信和、研究员侯广进等利用固体核磁共振技术，在金属氧化物分子筛（OXZEO）双功能催化剂催化合成气转化机理研究领域取得了新进展。相应研究成果于6月23日发表在《自然-催化》上。　　重要的催化过程与复杂的反应网络　　催化技术在资源利用、能源转化和环境保护等诸多领域发挥着关键作用，是人类现代社会发展速度与质量的重要保证。而石油资源是当代能源和材料的核心来源。近年来，随着石油资源的日益匮乏，寻找补充性乃至替代性技术路径，以此满足现代社会发展日益旺盛的能源和材料需求尤为重要。　　我国长期以来“富煤、缺油、少气”的资源结构，导致石油资源长期高度依赖进口。但是石油进口依赖国际环境，价格不可控，获取也容易受限。此外，人们对生态环境的保护意识也在不断增强，改良乃至废止高污染、高排放化工过程的呼声越来越高。但同时，生产效率又不能被牺牲，这使得催化研究领域面临很大的挑战。　　针对国家的需求和能源现状，包信和从20世纪90年代回国起就全身心投入到能源小分子催化转化的科学研究中，带领团队深入的开展基础研究，聚焦“纳米限域催化”领域，一干就是二十余年。2016年，包信和与潘秀莲等在煤基合成气转化制低碳烯烃的研究中,创建了OXZEO催化过程。随着研究的不断深入，OXZEO催化概念已拓展成为碳资源转化的重要平台。　　然而，OXZEO催化体系中涉及合成气经C1物种到多碳产物的转化过程，其反应网络非常复杂，包含催化剂表面众多的活化过程和复杂的多碳中间体，如何确定其活性组分和中间产物成为研究的难题，反应机理研究面临着挑战。　　独特的设计思路　　长期以来，基于在表界面催化及固体核磁共振谱学表征领域积累的丰富研究经验，包信和和侯广进等想到可以借助固体核磁共振方法对复杂多碳物种及其所处吸附相化学环境的原子超高分辨表征的优势，实现对OXZEO催化转化过程中催化剂表面活化多碳中间体的准确鉴别。　　“在中科院和大连化物所的大力支持下，为研究团队搭建了优异的仪器平台，特别是前些年中科院的修购计划支持了包括高场800MHz固体核磁共振谱仪等的仪器装备，为催化反应机理研究提供了重要的设备保障。”侯广进说。　　先进的表征技术和优秀的研究平台是团队在催化反应机理领域克难攻坚的利器。　　基于对OXZEO催化过程的大量反应实践，研究团队发现,以甲醇催化转化为代表的传统C1转化反应机理并不能准确解释OXZEO催化体系中观察到的很多实验现象。为了充分论证OXZEO催化体系中包含的特殊反应路径，基于ZnAlOx金属氧化物是典型的合成气转化制甲醇催化剂，而H-ZSM-5分子筛是经典的甲醇转化制烃催化剂。于是团队提出要建立一个ZnAlOx/H-ZSM-5模型催化体系，可以说，这是一种独特的设计思路。　　“如果我们可以在模型体系中观测到不同于甲醇直接转化过程报道过的中间体，并能够与OXZEO催化过程中观测到的独特反应现象相关联，”论文的第一作者纪毅说，“我们就可以说明OXZEO双功能催化概念是独特的，而我们观测到的关键中间体也对应了OXZEO催化中涉及的独特反应路径。”　　研究人员利用模型催化体系，借助准原位固体核磁共振-气相色谱联用的分析检测方法，观测了从初始碳-碳键生成到稳态转化过程中，包括表面多碳羧酸盐、多碳烷氧基、BAS吸附环戊烯酮、环戊烯基碳正离子在内多种中间体的动态演化过程。检测到了数量众多、种类丰富的含氧化合物中间体物种，揭示了合成气直接转化的OXZEO过程与传统甲醇转化的重要区别，有力的解释了OXZEO合成气转化过程中烯烃及芳烃产物独特的高选择性。　　接下来“向前也向后”　　在上述研究的基础上，团队进一步提出和论证了一氧化碳和氢气在分子筛中也参与了含氧化合物的生成，并初步建立了OXZEO催化转化过程中C1中间体到多碳产物的反应网络和反应机理。　　除了模型催化体系外，研究人员还在多种OXZEO催化剂上均观测到了关键中间体，验证了包括含氧化合物路径在内的反应机理的普适性。　　但是，团队的研究工作不止于此，后续的基础研究会“向前也向后”。　　“我们会进一步深入开展金属氧化物上C-O、H-H键活化以及C-H键形成的机理研究，进而拓展到其它碳资源转化领域如二氧化碳加氢等。”论文共同第一作者高攀告诉《中国科学报》。　　与此同时，大家心里都有一个“梦”，就是将催化机理研究与实际反应密切结合，尽早实现OXZEO过程的工业化。　　“基础研究需要一步一个脚印的积累，如果这些催化化学中基础科学问题的研究成果能够帮助应用研究学者建立一套完整的催化体系，设计出更高效的、理想化的催化剂，那我们的梦想就一定能实现。”侯广进提到。　　有了前进的方向，整个团队将卯足精神，向前冲锋。侯广进对组内人员也提出了希望：“每个人都要有自己的思考，带着研究性思想去做工作，及时沟通交流，团队合作，协力攻坚，相信我们一定会取得更多、更好的研究成果。”　　“作为包老师研究团队中的一个研究组，核磁共振是我们的特色也是优势，与其他几个研究组形成学科交叉、优势互补。最终目标，肯定是要从基础研究推向实际应用。”侯广进说。

Loyola大学研究人员考察麦克仪器的气体吸附仪和催化剂评价装置。 材料表征技术全球领导者麦克仪器（micromeritics），扩展了其用于多相催化剂测试的仪器组合，因此客户现在可以很容易地选择多个高效协同工作的系统来加速催化剂开发。麦克仪器的研究级气体吸附仪ASAP2020和全自动实验室催化剂评价装置Microactivity Effi,为目前流行且强大的组合。ASAP2020用于定量活性催化剂和载体的主要物性，Effi可用于相关条件过程的催化剂评价，来自Universidad Loyola (Seville, Spain)的Dr Manuel Antonio Díaz Pérez是使用这一双仪器解决方案进行高效催化剂研究的最新客户之一。 “当谈到建立我们的新实验室时，我毫不犹豫地直接去麦克仪器公司复制了一套在以前的工作中证明对我有价值的测试设备，” Díaz Pérez博士 表示，“EFFI是非常有效和高度可靠的。硬件稳定，软件直观，如果您需要，更换部件非常容易。我对ASAP 2020的体验主要是为了物理吸附来研究表面积和孔隙率，这是任何多相催化剂都需要的性能表征。展望未来，我希望投资于Micromeritics的更多设备，以进一步增强我们的研究能力。他们提供的一系列设备可得到丰富的相关和有用的数据，可加快催化剂的开发。” Díaz Pérez博士在University of Loyola工程系内建立一个新的实验室，以开发解决特定环境问题的新材料。研究课题包括将生物燃料转化为大宗化学构件的催化剂和二氧化碳的吸附剂。ASAP2020气体吸附仪为物理吸附加化学吸附配置，采用体积法分析催化剂的表面积，孔容和孔径分布，这些参数定义了反应物和产品进出活性催化剂位点的难易程度，帮助研究者在分子级别优化反应环境。Effi催化剂评价装置可用于研究催化剂活性、选择性、产率和典型条件下的失活，可得到动力学数据和合适的催化剂再生条件。 “高质量、可靠的分析设备是一项值得投资的项目，” Díaz Pérez博士表示 “这对实验室的日常运行和生产力有很大影响。麦克仪器的产品非常好用，该公司在具体分析和应用方面提供快速有效的帮助。我相信我们购买的新仪器将对我们正在进行的研究做出重要贡献。” Micromeritics Microactivity Effi 催化剂评价装置 Micromeritics ASAP 2020 Plus 气体吸附仪关于麦克仪器麦克仪器公司是提供材料表征解决方案的全球领先厂商，在密度、比表面积及孔隙度、粒度及粒形、粉体表征、催化剂表征及工艺开发等五个核心领域拥有一流的仪器和应用技术。麦克仪器公司成立于1962年，总部位于美国佐治亚州诺克罗斯，在全球拥有400多名员工。同时具备丰富的科学知识库和一流内部生产制造， 麦克仪器公司产品覆盖了石油加工、石化产品和催化剂、食品和制药等多个行业，以及为下一代材料例如石墨烯、MOF材料、纳米催化剂和沸石等提供最前沿的表征技术。在Particulate Systems旗下，麦克仪器公司发现并商业化独特和创新的材料表征技术，对核心产品线进行补充。商业测试实验室–Particle Testing Authority (PTA)实验室可提供表征分析测试服务。战略收购富瑞曼科技有限公司（Freeman Technology Ltd）和PID公司(PID Eng & Tech)，也反映公司一直致力于在粉体和催化等工业关键领域提供优化、集成的解决方案。仪器咨询：400-860-5168转0677