將金屬元素分為主族、Ⅷ、鑭系、其他d區(qū)等4個(gè)類別,綜述了它們?cè)跉錃獾纳a(chǎn)、儲(chǔ)存、氫燃料電池等3個(gè)氫能利用的主要過程中的作用。對(duì)現(xiàn)有研究結(jié)果的不完全統(tǒng)計(jì)表明,在元素周期表中除放射性金屬元素之外的65種金屬元素中,有46種金屬元素以單質(zhì)、合金、氧化物、鹽等多種形式參與了氫能利用過程,包括作為載體、反應(yīng)物、催化劑等,其中以鉑系為代表的d區(qū)金屬元素和以鑭為代表的輕稀土金屬元素應(yīng)用最為廣泛。 

【文章來源】：化學(xué)教育(中英文). 2020,41(08)北大核心

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

氫能利用過程的路線圖

氫能應(yīng)用最“簡(jiǎn)單粗暴”的方式就是通過氫內(nèi)燃機(jī)、直燃機(jī)的燃燒直接用于發(fā)熱和發(fā)電,但生產(chǎn)、運(yùn)輸和儲(chǔ)存的成本使這種利用方式經(jīng)濟(jì)性較差。而如果能夠?qū)⒅茪�、�?chǔ)氫裝置小型化并與質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)技術(shù)結(jié)合,就可以借助電化學(xué)反應(yīng)將H2和O2直接轉(zhuǎn)變成電能,構(gòu)成如圖2所示的制-儲(chǔ)-用一體化氫燃料電池。氫燃料電池不涉及熱機(jī)做功,也不受卡諾循環(huán)限制,有很高的轉(zhuǎn)化效率和近于零的碳排放,高度適應(yīng)未來越來越廣泛的分散式、移動(dòng)式能源需求,將成為氫能區(qū)別于其他能源的核心。

從本質(zhì)上說,大部分利用太陽能的光催化水解制氫也是電化學(xué)過程,只是由光生電子代替了外加電流。圖3顯示了其基本原理及光催化電極的結(jié)構(gòu)。在光催化水解制氫的3個(gè)基本步驟中,光照下的電子激發(fā)、電子-空穴對(duì)分離并遷移至表面均可在飛秒-皮秒時(shí)間尺度中完成,而水與電子或空穴反應(yīng)生成H2和O2并脫離電極表面則慢得多(亞皮秒-微秒尺度),導(dǎo)致光生電子和空穴未及與水發(fā)生反應(yīng)就會(huì)在電極上復(fù)合湮滅,不僅降低了反應(yīng)效率,也會(huì)導(dǎo)致電極的自腐蝕、自分解[11]。因此,實(shí)用化的光催化水解制氫面臨的核心問題依然是加快水分解生成H2和O2并脫離電極表面的速度,也就是分處2個(gè)電極上的析氫、析氧催化劑的開發(fā)。


本文編號(hào)：3431701