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西北大学联合北京化工大学绿色电合成含能材料与低能耗电解水制氢
发布时间:2022-09-25 06:19:24 作者:乐语体育外围彩票 来源:乐鱼体育竞技309

  原标题:西北大学联合北京化工大学绿色电合成含能材料与低能耗电解水制氢耦合体系研究

  含能材料是一类含有爆炸性基团或含有氧化剂和可燃物、能独立进行化学反应并输出能量的化合物或混合物,是军用炸药、发射药和火箭推进剂配方的重要组成部分。其中,富氮杂环类化合物由于在具有挑战性的含能材料领域中能够同时满足多种需求被认为是具有前景的含能化合物。然而常规有机合成法通常包含有机试剂和氧化剂,这些试剂通常具有毒性、腐蚀性和高成本以及副产物较难去除等弊端。并且需在高温下进行反应,具有较大安全隐患。本工作针对传统偶氮类有机含能材料的合成过程中的缺陷,发展了绿色温和的电化学法合成偶氮类含能材料。反应在室温下即可进行,且避免使用氧化试剂以及繁琐的副产物分离步骤,最终实现绿色电化学合成含能材料。

  氢能由于其清洁无污染、热值高、可循环等特点而受到广泛的关注。传统制氢的工艺主要有化石能源制氢、电解水制氢、光解水制氢、微生物制氢等。化石能源制氢是现如今主要制氢方式,但是这种方法需要消耗大量的不可再生能源,释放大量的CO2,加剧温室效应。而电解水制氢是一种清洁的制氢方式,但是仍有一些因素制约其发展。其中缓慢的氧气析出反应(OER)速率是影响电催化水分解制氢(HER)效率的重要因素。而选择电位较低且具有高附加值的氧化反应代替OER可从根本上解决制氢槽电压过高、能耗高的问题。

  图1 低能耗制氢与绿色电化学合成含能材料耦合装置与传统偶氮化反应对比示意图(来源:Advanced Materials)

  图5 (a)不同5AT量的LSV测试;(b)耦合体系示意图;(c)添加与不添加5AT的两电极LSV测试;(d)与文献全解水槽压对比图;(e)耦合体系实物图;(f)恒电流稳定性测试;(g)偶氮化含能材料的紫外-可见光表征;(h)偶氮含能材料的NMR 13C与1H谱图。(来源:Advanced Materials)

  该偶氮化反应在阳极生成高能富氮含能材料,相比于传统有机合成方法具有绿色、环保、高效、安全等优势。同时,在钌单原子修饰的硒化钼纳米片复合催化剂驱动下,施加较低槽电压(1.35 V,10 mA cm–2)即可制备氢气,相比于传统电解水制氢反应槽电压降低了410 mV。该工作设计了一个新颖的低能耗制氢耦合体系,进行绿色电合成偶氮含能材料的同时实现低能耗制氢,为制氢工业领域以及民用/军用含能材料领域的发展提供了一个新方向。