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能動學院教師張杰在國際權威期刊發表高水平論文

時間:2020-10-27瀏覽:1111編輯:董真攝影:    通訊員:設置

近日,我校能源與動力工程學院張杰講師作為第一作者和通訊作者,和寧德新能源的工程師唐佳、鄭州大學物理學院的劉利娟講師以及華東理工大學資源與環境工程學院的王杰教授,共同在工程技術領域頂級期刊《Carbon》(《碳》)(中科院一區Top,IF: 8.821)上發表題為“褐煤焦水蒸汽氣化過程中活性鈣催化劑的演變”(The evolution of catalytically active calcium catalyst during steam gasification of lignite char)的研究論文。該研究證實了水蒸氣-褐煤焦氣化制氫過程中,高反應活性鈣的賦存形式及其演變過程。

氫氣是理想的可持續能源載體,其終端使用具有零排放的特征。氫氣可以利用化石燃料、生物質、光催化等方法制備。盡管近期的許多工作都集中于利用可再生能源或光解水產氫,但對于化石能源大國,仍須考慮如何清潔高效利用化石燃料。得益于工藝技術的發展,煤氣化技術可快速用于大規模制氫。煤催化氣化因其反應溫度低、成本低和高選擇性的工藝優勢,具有良好的制氫前景。

論文作者以褐煤焦為研究對象,受褐煤煤焦高反應活性的特性啟發,進一步利用脫灰褐煤原生羧基官能團結構進行離子交換,獲得高反應活性有機鈣活性位點,并和負載鉀的褐煤焦氣化反應性進行對比,證實了兩者在催化機理上的差異。高活性鈣的賦存形式在領域內長期不甚明朗,作者借助X射線吸收近邊結構(XANES)分析技術,發現羧基結合的鈣是催化劑的活性形式,而氣化過程中鈣催化劑失活是由于羧基結合的鈣轉化為其他化學形式。有機結合的鈣在早期氣化階段不僅提供了大量活性位點,也創造了多孔焦結構,從而提高了煤焦催化反應活性。該成果對后續研究褐煤催化氣化制氫具有重要現實指導意義和理論價值。

該研究工作得到了上海理工大學“自然科學培育基金”和“博士科研啟動資金”的資助(Grant No. ZR20PY05 and 1D-19-301-005),同時還得到了能動學院研究平臺和科研團隊的大力支持。


論文鏈接:Carbon 172(2021) 162-173; https://doi.org/10.1016/j.carbon.2020.09.089


通過XANES檢測的鈣化合物演化以及煤焦氣化的活性位點/中間體機理圖


供稿:能動學院

 


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