南京理工大学研发的聪明装置可有效地从海水中分离出氢气和锂

南京理工大学研发的聪明装置可有效地从海水中分离出氢气和锂目前人们可以淡化海水，然后将其分离，但这不是一个很好的解决方案；大部分输入能量在淡化过程中损失了，这使所制造的氢气的价格上升。也有很多直接的海水电解机，但大多数死得太快，在商业意义上是没有用的；复杂的海洋酿造物中的氯化物离子在阳极变成高腐蚀性的氯气，它侵蚀了电极并使催化剂退化，直到机器停止工作。中国南京理工大学的研究人员认为他们已经找到了解决这个问题的方法。在上个月发表在《自然》杂志上的一项研究中，团队展示了一台直接海水电解机，它运行了3200多个小时（133天）而没有发生故障。它是高效的，可扩展的，操作起来很像淡水分流器，"而操作成本没有明显的增加"。该团队的电解器使用廉价、防水、透气、防生物污染的聚四氟乙烯膜，使海水与浓缩的氢氧化钾电解液和电极完全分离。这些膜阻止液态水通过，但它们可以让水蒸气通过。海水侧和电解质侧之间的水蒸气压力差异"为海水侧的自发海水气化（蒸发）提供了驱动力"。当水从电解质中分裂成氢气和氧气时，它在电解质和海水之间产生了蒸汽压差，导致海水自发蒸发并通过防水膜因此，得到的是纯水从海水中迅速蒸发出来，没有任何额外的能量输入，然后穿过聚四氟乙烯膜，作为液体被吸收到电解质中，它让水通过，并100%地阻止可能在电极或膜上造成损害的其他离子。该团队在深圳湾的海水中测试了一个紧凑的11个单元的电解箱，大约有几个中等大小的手提箱那么大。在133天的测试中，它每小时产生约386升氢气，这听起来很多，但如果是在标准大气压下，386升仅代表31.652克的氢气价值。在燃料电池电动车的应用背景下，假设一辆汽车用1公斤的氢气行驶约100公里（62英里），这个11个电池的装置每小时产生的氢气足以驱动一辆汽车行驶约3.2公里（2英里）。不过，这只是一个小型测试装置。就效率而言，该电解器每生产一正常立方米的氢气就会消耗大约5千瓦时。由于氢气每Nm3携带约3.544千瓦时的能量，这个海水电解器以大约71%的效率运行。这当然是目前很多电解槽技术的范围，尽管它没有跟上一些新兴的超高效设计，如Hysata的95%效率的毛细管进料设计。左图：11个电池的测试装置运行了四个多月。右图：每个电池的结构该设备在海水中运行四个多月后仍在全容量运行，测试后的分析显示，电解液中的"杂质离子没有明显增加"，"表明PTFE膜的离子阻断效率为100%"，催化剂层上也没有看到腐蚀。研究人员说，既然从海水中提取淡水的基本原理已经被证明，那么就有很多路径可以探索，以提高性能。更重要的是，它也可以被开发成一个锂收集机。记忆力比我好的读者可能记得我们在2020年发表的一篇报道，其中沙特阿拉伯的阿卜杜拉国王科技大学（KAUST）的一个团队开发并测试了一个海水电解装置，该装置也使用特殊的陶瓷膜从海水中吸出磷酸锂。这是一个完全不同的系统，但团队做了一点测试以观察他们的蒸发过程如何影响海水中锂的浓度。他们发现在几百个小时后，锂的浓度明显增加了42倍，而且他们能够沉淀出一些碳酸锂晶体，这表明随着进一步的发展，这些机器可能能够从氢气和电池金属中产生收入，这可能是在商业吸收和扩展方面的一个巨大推动。该研究发表在《自然》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1335403.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1335403.htm

从水中提取清洁燃料 - 一种突破性的低成本催化剂被发明出来

从水中提取清洁燃料-一种突破性的低成本催化剂被发明出来由美国能源部（DOE）阿贡国家实验室（ArgonneNationalLaboratory）领导的一个多机构团队开发出了一种低成本催化剂，用于从水中产生清洁氢气的过程。其他贡献者包括能源部的桑迪亚国家实验室、劳伦斯伯克利国家实验室以及Giner公司。阿贡高级化学家Di-JiaLiu说："一种名为电解的工艺可以从水中产生氢气和氧气，这种工艺已经存在了一个多世纪。"他还在芝加哥大学普利兹克分子工程学院担任联合职务。质子交换膜（PEM）电解器代表了这一过程的新一代技术。它们能在接近室温的条件下以更高的效率将水分离成氢和氧。能源需求的减少使其成为利用太阳能和风能等可再生但间歇性能源生产清洁氢气的理想选择。高级化学家Di-JiaLiu在管式炉内检查热处理后的催化剂样品，博士后ChenzhaoLi正在搬运用于催化剂合成的压力反应器。图片来源：阿贡国家实验室这种电解器的每个电极（阴极和阳极）都使用不同的催化剂。阴极催化剂产生氢气，而阳极催化剂形成氧气。问题在于阳极催化剂使用的是铱，而铱目前的市场价格约为每盎司5000美元。铱的供应不足和高昂的成本成为PEM电解槽广泛应用的主要障碍。新催化剂的主要成分是钴，其价格比铱便宜得多。Liu说："我们试图在PEM电解槽中开发一种低成本阳极催化剂，这种催化剂能以高产能产生氢气，同时能耗极低。通过使用我们的方法制备的钴基催化剂，可以消除在电解槽中生产清洁氢气的主要成本瓶颈。Giner公司是一家致力于电解槽和燃料电池商业化的领先研发公司，该公司利用其PEM电解槽测试站在工业运行条件下对新型催化剂进行了评估。其性能和耐用性远远超过了竞争对手的催化剂。要进一步提高催化剂的性能，重要的是了解电解槽运行条件下原子尺度的反应机制。研究小组利用阿贡高级光子源(APS)的X射线分析，破解了催化剂在工作条件下发生的关键结构变化。他们还在桑迪亚实验室和阿贡纳米材料中心（CNM）使用电子显微镜确定了催化剂的关键特征。APS和CNM都是能源部科学办公室的用户设施。阿贡材料科学家文建国说："我们对新催化剂在不同制备阶段的表面原子结构进行了成像。此外，伯克利实验室的计算建模揭示了催化剂在反应条件下的耐久性的重要见解。该团队的成就是能源部氢能源地球射击计划（HydrogenEnergyEarthshotinitiative）向前迈出的一步，该计划模仿了20世纪60年代美国太空计划的"月球射击"（MoonShot）。该计划的宏伟目标是在十年内将绿色氢气的生产成本降至每公斤一美元。以这样的成本生产绿色氢气可以重塑国家经济。其应用领域包括电网、制造、运输以及住宅和商业供暖。Liu指出："更广泛地说，我们的研究成果为用成本更低、资源更丰富的元素取代昂贵的贵金属催化剂开辟了一条充满希望的道路"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1372121.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1372121.htm

酸性涂层将普通电解器转化为可以直接分离海水

酸性涂层将普通电解器转化为可以直接分离海水该团队说，一个典型的电解器催化剂可能是由氧化钴制成的，其表面有氧化铬。海水通常会通过氯离子的严重侵蚀破坏这些催化剂，或者不溶性的镁和钙的沉淀物将其污染，这些沉淀物会堆积并堵塞电极。但是，在催化剂上添加刘易斯酸层，似乎能够从海水中捕获足够的带负电荷的羟基阴离子，在催化剂周围产生一个pH值为14的强碱性环境，阻止氯离子对催化剂的攻击和电极上沉淀物的形成。研究人员表示，他们以近100%的效率将天然海水分成氧气和氢气，通过电解生产绿色氢气，在商业电解器中使用非贵重的廉价催化剂。使用催化剂在海水中运行的商业电解器的性能接近于在高度净化的去离子水原料中运行的铂/铱催化剂的性能。展望未来几十年，有两件事似乎很清楚：对绿色氢气的需求将非常大，而预计到2025年将影响世界三分之二人口的淡水缺乏问题将变得更加严重。但是，如果绿色氢气可以用海水大量制造，那么在任何地方使用，无论是在燃料电池中还是在燃烧过程中，它最终都会与氧气结合，并作为淡水释放回环境中，这同时也是一个具有清洁能源奖励的脱盐过程。该团队表示，它正在努力将这套电解器系统扩大到商业规模，并寻找工业伙伴将其投入生产。该论文发表在《自然-能源》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1342313.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1342313.htm

催化剂将氢电解器中的铱用量减少了95%

催化剂将氢电解器中的铱用量减少了95%访问：Saily-使用eSIM实现手机全球数据漫游安全可靠源自NordVPN日本理化学研究所可持续资源科学中心（CSRS）的中村隆平（RyuheiNakamura）领导的研究人员在今天（5月9日）发表在《科学》杂志上的一项研究中报告了一种新方法，该方法将反应所需的铱量减少了95%，而且不会改变氢的生产率。这一突破将彻底改变我们生产生态友好型氢气的能力，并有助于实现碳中和的氢经济。合成氧化铱的扫描电子显微镜图像（D）和分散在电沉积在耐腐蚀铂涂层钛网上的氧化锰上的铱（亮点）的扫描透射电子显微镜图像（E、F、G）。资料来源：理化学研究所制氢挑战世界上70%的面积被水覆盖，氢气是真正的可再生能源。然而，从水中提取氢气的规模还无法与化石燃料能源生产相媲美。目前，全球能源产量接近18兆瓦，这意味着在任何特定时刻，全球平均生产约18万亿瓦特的电力。替代性绿色能源生产方式要想取代化石燃料，就必须能够达到相同的能源生产率。从水中提取氢气的绿色方法是一种需要催化剂的电化学反应。这种反应的最佳催化剂--产氢率最高、最稳定的催化剂--是稀有金属，其中铱是最好的催化剂。但铱的稀缺是个大问题。共同第一作者孔爽说："铱是如此稀有，以至于将全球氢气生产规模扩大到太瓦级估计需要40年的铱。"催化剂开发的创新理化学研究所CSRS的生物功能催化剂研究小组正试图绕过铱的瓶颈，寻找其他方法来长时间高速生产氢气。从长远来看，他们希望开发出基于普通土金属的新型催化剂，这种催化剂将具有高度的可持续性。事实上，该团队最近使用一种氧化锰作为催化剂，成功地将绿色制氢稳定在一个相对较高的水平。不过，以这种方式实现工业水平的生产还需要数年时间。中村隆平说："我们需要一种方法来弥合稀有金属电解槽与普通金属电解槽之间的差距，这样我们就能在多年内逐步过渡到完全可持续的绿色氢气。"目前的研究正是通过将锰与铱相结合来实现这一目标。研究人员发现，当他们把铱原子分散在一块氧化锰上，使它们不会相互接触或凝结在一起时，质子交换膜（PEM）电解槽中的氢气产生速度与单独使用铱时相同，但铱含量减少了95%。潜力和未来方向使用这种新型催化剂，可以连续生产氢气超过3000小时（约4个月），效率高达82%，且无降解。合著者李爱龙说："氧化锰和铱之间意想不到的相互作用是我们取得成功的关键。这是因为这种相互作用产生的铱处于罕见的高活性+6氧化态"。中村隆平认为，新催化剂达到的制氢水平极有可能立即派上用场。他说："我们希望我们的催化剂能够很容易地转移到现实世界的应用中，这将立即提高目前PEM电解器的容量。"研究小组已经开始与工业界的合作伙伴合作，他们已经能够改进最初的铱锰催化剂。今后，理化学研究所CSRS研究人员计划继续研究铱和氧化锰之间的特定化学作用，希望能进一步减少必要的铱含量。同时，他们将继续与工业合作伙伴合作，并计划在不久的将来在工业规模上部署和测试这种新型催化剂。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1430304.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1430304.htm

北理工研究人员设计的电催化剂促进了清洁氢气的生产效率

北理工研究人员设计的电催化剂促进了清洁氢气的生产效率北京理工大学的研究人员设计了一种具有非晶相和晶相以及丰富缺陷的电催化剂，可以更有效地分解水并产生清洁燃烧的氢气。图片来源：纳米研究能源，清华大学出版社研究人员的研究结果最近发表在《纳米研究能源》杂志上。中国科学院教授李翠玲表示：“由可再生能源驱动的水电解制氢，即利用电流分解水，将氢气与氧气分离，是缓解和解决能源和环境危机的一项有前景的技术。”析氧反应是水电解的阳极反应，其中直流电引起化学反应，将氧分子从水分子中分离出来。然而这种反应是“一个缓慢的过程”，它限制了水电解作为生产氢气的可持续机制。据李说，析氧反应很慢，因为它需要大量的能量来触发分子转移其成分，但如果与更高效的催化剂结合，可以用更少的能量加速。开发用于析氧反应的高效电催化剂对于开发用于清洁能源转换的电化学装置至关重要，研究人员转向氧化钌，这是一种成本较低的催化剂，与其他催化剂相比，它对反应物和中间体的粘附更少。李说：“与商业产品相比，氧化钌基纳米材料具有更好的析氧反应性能，而迫切需要更复杂的电催化剂设计策略来激发更有效的催化性能，并且在很大程度上尚未得到探索。”为了填补这一空白，研究人员合成了氧化钌多孔颗粒。然后，他们处理颗粒以产生合理调节的异相，这意味着颗粒包含集成在一起的不同结构。多孔和多相结构提供了一种缺陷-本质上是原子结构中的缺口，这使得析氧反应能够更有效地进行更多的活性位点。李说：“得益于所得样品的丰富缺陷、晶体边界和活性位点可及性，证明了优异的析氧反应性能。工程电催化剂不仅能产生更好的析氧反应，而且还可以产生更好的析氧反应。为该过程提供更少的电力。这项研究证明了相工程的重要性，并为策略组合催化剂的设计和合成提供了新途径。”...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1368041.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1368041.htm

廉价高效的新型催化剂可改变可再生能源的储存方式

廉价高效的新型催化剂可改变可再生能源的储存方式由香港城市大学开发、伦敦帝国理工学院测试的一种利用单个铂原子的新型催化剂，有望更方便、更经济地利用可再生能源储存氢气。这项创新将铂原子分散在硫化钼上，减少了铂的用量，提高了电解效率。共同作者、帝国理工学院化学系的AnthonyKucernak教授说："《英国氢战略》提出了到2030年低碳氢生产能力达到10GW的宏伟目标。为了实现这一目标，我们需要提高廉价、易于生产和高效储氢的产量。新型电催化剂可以为此做出重大贡献，最终帮助英国实现到2050年净零排放的目标。"风能和太阳能等可再生能源发电量正在迅速增长。然而，所产生的部分能源需要储存起来，以便在天气条件不利于风能和太阳能时使用。一个很有前景的方法就是以氢气的形式储存能源，氢气可以储存和运输，以供日后使用。新型催化剂材料资料来源：香港城市大学为此，可再生能源被用来将水分子分裂成氢和氧，能量储存在氢原子中。这需要使用铂催化剂来刺激水分子的分裂反应，也就是所谓的电解。然而，虽然铂是这种反应的极佳催化剂，但它既昂贵又稀有，因此尽量减少铂的使用对于降低系统成本和限制铂的提取非常重要。现在，在最近发表于《自然》（Nature）的一项研究中，研究小组设计并测试了一种催化剂，这种催化剂使用尽可能少的铂，从而产生了一种高效但成本效益高的水分离平台。首席研究员、香港城市大学张华教授说："电催化水分裂产生的氢被认为是在不久的将来最有希望取代化石燃料的清洁能源之一，可减少环境污染和温室效应。"测试工具该团队的创新涉及在硫化钼（MoS2）薄片中分散单原子铂。这比现有催化剂使用的铂要少得多，甚至还能提高性能，因为铂与钼相互作用，提高了反应的效率。在纳米片支撑物上生长薄催化剂，使城大团队能够制造出高纯度的材料。随后，帝国理工大学的库切纳克教授实验室对这些材料进行了表征，并开发了确定催化剂如何工作的方法和模型。帝国理工大学的团队拥有进行严格测试的工具，因为他们已经开发出了几种专门用于使用这种催化剂的技术。库切纳克教授及其同事已经在这些技术的基础上成立了几家公司，其中包括专门从事氢流电池研发的RFCPower公司。使用氢气一旦可再生能源以氢的形式储存起来，要想再次将其用作电力，就需要使用燃料电池进行转换，因为燃料电池在氧分裂反应中会产生水蒸气作为副产品。最近，库切纳克教授及其同事发现了一种用于该反应的单原子催化剂，这种催化剂以铁而不是铂为基础，这也将降低这项技术的成本。库切纳克教授领导的另一家分拆公司布兰布尔能源公司（BrambleEnergy）将在其燃料电池中测试这项技术。因此，这两种单原子催化剂--一种帮助将可再生能源转化为氢储存起来，另一种帮助将这些能量在以后以电力形式释放出来--都有能力让氢经济更接近现实。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1385599.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1385599.htm