【解读】Carbon Energy：密集分布的单原子催化剂用于促进从甲酸中生成氢气

学术 2025-01-03 08:15 中国台湾

研究背景

随着全球能源危机的加剧和环境污染问题的日益严重，寻找清洁、高效的能源替代品已成为当务之急。氢气（H₂）作为一种高效率、零排放的清洁能源载体，其开发和应用受到了广泛关注。然而，氢气的储存问题限制了其发展。液体有机氢载体（LOHCs）作为一种新兴的储氢方法，展现出巨大的潜力。甲酸作为LOHCs的一种，以其高体积和重量储氢容量、高能量密度、良好的热力学特性、无毒性以及室温下为液态等优点，被认为是化学储氢的有力候选。本研究聚焦于开发高效的非贵金属单原子催化剂，以促进甲酸脱氢反应，实现高效制氢。

成果介绍

河北农大冯成教授等人在Carbon Energy 期刊上发表了题为“Densely populated single-atom catalysts for boosting hydrogen generation from formic acid”的研究论文。该研究团队通过在金属有机框架（MOF）前驱体中引入聚糠醇，成功构建了高密度的M-Nx活性位点，有效防止了金属纳米颗粒的形成，实现了高达6.377%的钴负载量。该催化剂在甲酸脱氢反应中展现出了778 mL g_Cat⁻¹h⁻¹的高氢气产率。

研究亮点

1.高密度单原子活性位点：通过在MOF前驱体中引入聚糠醇，实现了高密度的M-N_x活性位点，有效防止了金属纳米颗粒的形成。

2.高氢气产率：所制备的催化剂在甲酸脱氢反应中展现出了778 mL g_Cat⁻¹ h⁻¹的高氢气产率。

3.结构创新：发现了材料中独特的弯曲碳结构，这种结构有助于提高催化剂的性能。

图文解析

图1：CoNC-300-60%PFA-800-Vacuum催化剂的制备策略和表征

图2：催化剂的XRD、N₂吸附-脱附等温线及XPS分析

图3：催化剂的催化性能比较

图4：DFT计算分析

研究小结

本研究成功开发了一种新型的单原子催化剂，通过在MOF前驱体中引入聚糠醇，实现了高密度的M-N_x活性位点，显著提高了甲酸脱氢反应的氢气产率。此外，研究还发现了材料中独特的弯曲碳结构，为催化剂的性能提升提供了新的思路。这项研究为开发高效、低成本的非贵金属催化剂提供了重要的科学依据，对于推动氢能源的实用化具有重要意义。

相关论文信息

论文原文在线发表于Carbon Energy，点击“阅读原文”查看论文。

论文标题：

Densely populated single-atom catalysts for boosting hydrogen generation from formic acid

文章研究方向：

催化材料— —单原子催化剂

论文网址：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/cey2.664

DOI: 10.1002/cey2.664

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