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解锁“五元环”、促电催化产臭氧阳极催化剂及技术开发——王建国教授、钟兴教授团队实现低压电解臭氧发生器所有权转让

作者:化学工程学院责任编辑:李丹琳发布时间:2022-04-21浏览次数:513

   臭氧(O3)作为一种绿色环保的强氧化剂具有广泛用途。高压放电法使用空气作为氧源,容易产生NOx污染,而低压电解技术使用水作为氧源,可产生高纯臭氧,臭氧浓度较高且可现制现用。中国RoHS认证《国家统一推行的电子信息污染控制自愿性认证实施规则》及欧盟标准RoHS《关于限制在电子电气设备中使用某些有害成分的指令》,都对电器电子产品中的铅、汞、镉、六价铬等使用做出了严格限制。而目前国内外电催化产臭氧阳极主要采用氧化铅催化剂,限制了其在更多领域的广泛应用。环境友好型非铅阳极催化剂开发成为低压电解制备臭氧的关键技术难题。


1:臭氧与电催化剂形成“五元环”结构

 

浙江工业大学王建国教授、钟兴教授团队在国家自然科学基金杰出青年基金项目、国家自然基金委重大研发计划集成项目、浙江省杰出青年等项目资助下,通过多尺度计算揭示臭氧与氧化铅之间存在强相互作用,并且氧化铅与臭氧分子形成了动态的“五元环”结构(图1),形成相对稳定的“动态活性位”,即氧化铅“晶格氧”和水分子中的“氧”发生交换。

基于稳定的“动态活性位”思路,进一步设计开发了少铅及非铅阳极电催化剂。从热力学角度揭示电解水产臭氧过程氧中间体在电催化剂表界面O2/O3吸附竞争机制,解决中性条件工业大电流密度下SPE电解水产臭氧发生器法拉第效率低的问题。从动力学角度揭示低压电解臭氧发生器运行过程大电流密度下三维多孔结构调控传质传热机制,解决SPE电解水产臭氧发生器散热问题

同时优化SPE低压电解臭氧器核心膜电极批量化制备工艺流程,开发新型高性能阴/阳极催化剂,取得了产业化关键技术突破。该新型无铅电解臭氧发生器完全符合RoHS规定,产品可广泛应用于工业、医疗、家电等领域。


2电催化产臭氧阳极催化剂及技术开发


王建国教授及所带领的团队在工业电催化方向以“多尺度、智能计算-电催化剂-膜电极-SPE电反应器为研究思路(图2),研发生产绿色氧化剂(双氧水、臭氧)及高附加值产品(氘气、电子特气等)。目前该团队的低压电解发生器技术已与浙江某企业达成超千万的知识产权所有权转让,并将持续推进无铅低压电解臭氧发生技术应用基础研究与产品升级改造,加速推进无铅阳极电解水产臭氧发生器产业化,实现低压电解臭氧发生器批量化生产。