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这个立志要与Science, Nature进行PK的能源期刊上都有哪些催化类文章?

前言:

Joule,创刊于2017年,期刊定位是能源类的No. 1,创刊以来,有非常多的牛人在上面发表了重量级论文,每一期内容都可以说是能源领域的盛宴。

Joule虽然创刊时间很短,但是已被SCI收录;虽然还没到出影响因子的时候,但如果算一下实时影响因子,会发现IF已经大于20了。

 

    Joule的编辑团队当然是非常专业的,最重要的还是走心。Joule把能源类研究前沿的动向分为了电化学存储与转化、催化、太阳能电池、能源政策与分析、加热与制冷、生物和仿生、MOFs等7个话题,每个话题都有丰富的内容,非常方便大家寻找自己感兴趣的内容。

这个立志要与Science, Nature进行PK的能源期刊上都有哪些催化类文章?

 

Joule上的催化文章:

    言归正传,今天主要跟大家介绍一下Joule上面与催化相关的论文!是的,除了电化学存储与转化,太阳能电池和MOFs之外,催化其实也是Joule关注的一个重点,不过目前关于催化的论文确实不怎么多,或许正是在等你的牛文呢?

 

Joule的催化专栏内共有30篇论文,其中Research Article 15篇,Perspective 9篇,Review 4篇,Commentary 1篇,Future Energy 1篇。这里主要介绍一下Research Article。

 

在Research Article中,光催化有9篇,电催化5篇,传统催化(甲烷转化)1篇。

 

1) 甲烷转化

这是一篇非典型催化论文,不具体研究某个催化剂或催化反应,而是综合讨论甲烷转化为烯烃等烃类的可行性(化工工艺计算),论文来自威斯康辛大学麦迪逊分校的Christos T. Maravelias课题组

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2) 光催化

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  • 中科大谢毅、孙永福教授团队开发了一种氧缺陷的 WO₃ 层制成的半导体,半导体材料的氧空位为反应的发生提供了中间能级带,首次在室温下实现了红外光驱动的CO2还原。

        链接:中科大谢毅教授最新成果:新一代人造光合反应材料

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  • 中南大学物理与电子学院刘敏教授课题组,国家纳米中心朴玲玉、刘新风、施兴华研究员和中科院理化技术研究所陈勇研究员论文首次将CoP纳米粒子应用到分解甲酸体系中,在解决了成本和酸耐受性的前提下,采用改善反应动力学和调控热力学双管齐下的策略实现了高活性、高选择性以及强稳定的光催化产氢过程。在纯甲酸水溶液中,体系产氢效率是CdS的30倍(182000 μmol·g-1h-1),也是目前已报道文献最优值(Pd/C3N4)的近4倍.

    相关链接:青年学者刘敏教授:让Impossible变成I’m possible

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  • 日本东京大学的 K.Domen 教授研究组设计了一种光催化剂颗粒镶嵌式的板式反应器。这种反应器不仅可以支持具有 10%太阳能转化产氢效率的水分解反应,而且能够达到至少1 平方米的规模。作者将Al 掺杂的SrTiO3 催化剂用于这个反应器,实现了1 平方米的高效太阳能分解纯水制氢。

    相关链接:Joule:Domen课题组实现大规模化太阳能光催化分解水产氢

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  • 美国加州大学尔湾分校(UCI)的Shane Ardo博士课题组认为水是一种“质子半导体”,可以类比传统的电子半导体pn结,设计出光伏驱动的染料敏化双极性离子交换膜,通过“质子分离”过程,将太阳能转化为膜两端的电势差。这样就有希望将太阳能直接用于海水淡化。他们将光敏染料嵌在高分子薄膜里,制备了染料敏化双极性离子交换膜。在激光(405 nm)的照射下,质子移动到离子交换膜一端,而氢氧根移动到另一端,并产生平均60 mV的电势差(最高可达100 mV),电流密度1.86 μA/cm2。因此作者称这一过程为“光驱动的质子泵(light-driven proton pump)”。

    链接:“光驱动质子泵”,应用于海水淡化?

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  • 美国波士顿学院的王敦伟课题组发现在氮化钽纳米管阵列上通过水热的方法沉积氢氧化钴(Co(OH)2)纳米薄片能有效提高氮化钽光氧化水的光电流密度以及稳定性。氮化钽本身在光氧化水条件下极不稳定,与此同时光电流密度会快速下降。恰恰相反,在沉积了氢氧化钴纳米薄片后,氮化钽的光电流密度随着光氧化水的时间增加而提高并趋于稳定。在此基础之上,沉积另一种高效的氧化水催化剂(Co-Pi)可以进一步提高光电流密度。当没有光照的情况下,这种不同寻常的现象不会发生。对于氮化钽和氢氧化钴间界面的研究进一步表明,一个光诱导形成的界面减弱了费米能级钉扎效应,从而改善了光激发电子-空穴对在表面的复合,与此同时加快了光空穴的传导,从而减少了自氧化副反应的发生。这个界面被解释为在光氧化水过程中产生的氧自由基引导生成的Ta-O-Co键。这个发现表明了利用催化剂与半导体间的反应来提高光催化剂性能的可行性。

     链接:波士顿学院Joule: 王敦伟团队提高氮化钽光裂解水稳定性

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  • 苏黎世联邦理工的Ronald Michalsky和Aldo Steinfeld 第一次提出一种在等温/绝热条件下单程连续地将CO2分解为CO和O2的装置。这种装置在太阳光驱动下,采用氧化铈膜反应器实现,氧离子,电子,空穴具有不同的浓度梯度。

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  • 东京大学Tsutomu Minegishi和南洋理工大学 Lydia Helena Wong采用Cd部分取代 Cu2ZnSnS4里面的Zn可以让光电流提高4倍,他们将这种显著的提高归结于带边缺陷的减少和载流子分离效率的提高

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3) 电催化

  • 加州理工大学Jay R. Winkler和Harry B. Gray采用非水体系来研究NiFe LDH的OER反应,捕捉到了Fe(VI)物种,发现其是催化活性中心,比据此提出了一种新的催化反应机理。

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  • 北京邮电大学雷鸣教授(通讯作者)研究团队联合美国德克萨斯大学奥斯汀分校李玉涛博士(共同通讯作者)和佐治亚理工学院Zhiqun Lin教授(共同通讯作者)研究团队采用两步反应法成功合成了一系列中空尖晶石结构多孔ZnMnxCo2xO4微球,其比表面积大、与电解液接触面积大,从而表现出了优异的ORR性能。相比于其他组分,中空结构ZnMnCoO4 (x = 1)微球作为ORR催化剂具有较高的起始电位(1.00V)、与商用Pt/C催化剂相近的半波电位(仅比Pt/C催化剂低50mV)以及在碱性溶液中优异的持久性和稳定性。尖晶石结构四面体间隙A位上较强的Zn2+-O键以及八面体间隙B位上Mn3+较大的离子半径降低了Co3+-OH的键合强度,同时使得ZnMnCoO4中Co3+的3d电子由Co3O4中的低自旋状态变为高自旋和低自旋混合态,从而加速了O2-/OH的位移。

    相关链接:Joule: 中空结构尖晶石型多孔氧化物用于持久高效的氧还原反应催化剂

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  • 电化学将二氧化碳还原为甲酸的反应是用可再生电能合成高附加值碳基燃料和原料的关键步骤。然而,迄今为止,高选择性只能在以低电流密度或高过点位下获得,并且稳定性不好。Edward Sargent研究团队发现,以硫作为促进剂,可以导致明显的晶格变形,因此可以改善以电化学方法将CO2还原为甲酸的活性。作者还应用了密度泛函理论和同步辐射x-射线吸收,说明了硫原子的存在是如何导致甲酸生成能的改善因而最终提高CO2RR性能的。

    相关内容链接:多伦多大学Edward Sargent组最新Joule: 硫修饰锡位点高选择性助力CO2电还原

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  • 香港科技大学Shihe Yang教授课题组将MoS2与NiCo-LDH进行纳米杂化,降低了水分解反应决速步骤的能垒,实现了碱性条件下HER性能的大幅提高。当电流为10 mA/cm3时,MoS2/NiCo-LDH的过电位仅为78 mV.

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  • MIT的Yogesh Surendranath和Venkatasubramanian Viswanathan发现Ni3S2在ORR反应中会发生表面重构,重构后产生的无定型NiS物种活性非常高,Ni表面位点的局部配位环境决定了其ORR活性。

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