近日，內(nèi)蒙古大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院劉健教授、王艷琴副教授團(tuán)隊(duì)在節(jié)能制綠氫聯(lián)產(chǎn)高附加值化學(xué)品領(lǐng)域取得重大突破，在《自然》子刊發(fā)表研究成果。
據(jù)介紹，綠氫（指使用風(fēng)能、太陽能等可再生能源電解水生產(chǎn)的氫能）是實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的重要能源形式，但其規(guī)?；a(chǎn)面臨一個(gè)主要障礙：電解水制氫過程中的高能耗問題，其中析氧反應(yīng)占據(jù)了近90%的電能消耗。長(zhǎng)期以來，科研人員致力于探索可替代析氧反應(yīng)的低耗能陽極反應(yīng)，以期通過“開源節(jié)流”的方式提升制氫效率。尿素氧化反應(yīng)被認(rèn)為是一個(gè)具有前景的替代方向，同時(shí)亞硝酸鹽作為尿素選擇性氧化的產(chǎn)物之一，在食品、農(nóng)業(yè)和醫(yī)藥等行業(yè)應(yīng)用廣泛。因此，利用尿素廢水作為陽極原料合成亞硝酸鹽，有望同時(shí)實(shí)現(xiàn)綠氫的節(jié)能制備與高附加值亞硝酸鹽的聯(lián)合生產(chǎn)。然而，傳統(tǒng)的尿素氧化反應(yīng)傾向于生成氮?dú)猓@為目標(biāo)產(chǎn)物亞硝酸鹽的選擇性調(diào)控帶來了顯著困難。
研究團(tuán)隊(duì)提出了一種創(chuàng)新的催化劑設(shè)計(jì)策略，成功構(gòu)建出高效多功能電催化劑，將反應(yīng)路徑導(dǎo)向高附加值亞硝酸鹽的生成與協(xié)同產(chǎn)氫，同時(shí)顯著抑制了氮?dú)飧狈磻?yīng)的發(fā)生，實(shí)現(xiàn)了尿素向亞硝酸鹽的高效轉(zhuǎn)化，且具有經(jīng)濟(jì)可行性。
該研究實(shí)現(xiàn)了反應(yīng)路徑的有效調(diào)控，為超低能耗制氫與廢水資源化耦合提供了新思路，有望推動(dòng)綠氫工業(yè)化生產(chǎn)的發(fā)展。
該研究服務(wù)“雙碳”目標(biāo)，開發(fā)尿素節(jié)能制氫聯(lián)產(chǎn)高附加值亞硝酸鹽的新技術(shù)，并將該策略成功拓展至鋅—尿素電池體系，展現(xiàn)出從基礎(chǔ)機(jī)制創(chuàng)新到工程應(yīng)用轉(zhuǎn)化的潛力。該成果得到了國家自然科學(xué)基金、內(nèi)蒙古自治區(qū)科技計(jì)劃項(xiàng)目等項(xiàng)目的資助。
圖片來源 | 東西南北雜志社
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