華東理工大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院教授邢明陽團(tuán)隊聯(lián)合資源與環(huán)境工程學(xué)院副教授付鵬波團(tuán)隊，成功構(gòu)建了拓展型高級氧化耦合壓電催化體系，并將該體系應(yīng)用于壓電催化海水制氫資源化過程，基于此體系構(gòu)建的中小型旋流器能耗更低，有望取代現(xiàn)有超聲機(jī)，成為實(shí)驗(yàn)室以及未來產(chǎn)業(yè)化首選的壓電催化產(chǎn)氫裝備。相關(guān)研究成果近日發(fā)表于《德國應(yīng)用化學(xué)》。
壓電效應(yīng)是指某些材料在受到機(jī)械應(yīng)力時產(chǎn)生電荷，或在施加電場時發(fā)生形變的現(xiàn)象，在傳感器與換能器、環(huán)境與能源催化等多個領(lǐng)域具有應(yīng)用前景。然而，在能源催化領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用中，由于缺乏高效反應(yīng)裝置、催化劑在放大過程中面臨失活等問題，限制了壓電效應(yīng)的進(jìn)一步工程化發(fā)展。
在前期研究的基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊通過批量合成硫化鉬（MoS2）壓電催化劑，并以商品化微米鐵粉（μm-Fe0）為無機(jī)助催化劑、過硫酸鉀（PDS）為熱力學(xué)助劑，成功構(gòu)建了拓展型高級氧化耦合壓電催化體系。
研究團(tuán)隊將該體系應(yīng)用于壓電催化海水制氫資源化過程，并進(jìn)一步將水力旋流器與該催化體系結(jié)合，構(gòu)建了水力旋流激發(fā)的規(guī)?；瘔弘姶呋Ｋ茪湎到y(tǒng)，達(dá)到了0.73L/h的產(chǎn)氫速率。
研究團(tuán)隊同時測試了規(guī)模化壓電催化過程中的宏觀能量利用率。結(jié)果顯示，水的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成氫能的效率達(dá)到了36.82%，電能轉(zhuǎn)化為氫能的效率為傳統(tǒng)超聲機(jī)的140倍以上，能耗則與工業(yè)電解水制氫技術(shù)十分相近。將實(shí)驗(yàn)體系從50mL放大到20L，該體系成功保持了80%以上的催化活性，展現(xiàn)了水力激發(fā)的規(guī)模化壓電海水制氫潛力。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1002/anie.202504749
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