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副刊

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新教育

发布: 10:00am 30/04/2025

新教育

Connect.ED

催化剂

纳米

厦门大学马来西亚分校

化学工程

纳米能源与催化技术卓越中心

【CONNECT实验室/02】在CONNECT实验室 寻找应对气候变化之法

报道:本刊 关丽玲 摄影:本报 黄安健

学士是四年制课程,学生必须在大四完成毕业研究项目。能源与化学工程学院助理院长、CONNECT中心创始人兼主任王伟俊教授会把化工研究的个案带入课堂,学生一般会学习传统的化工学科包括天然气、石油、蒸汽甲烷重整等天然材料,他会分享材料、能源材料,让学生认识最新的发展,分析已经存在的材料对环境的影响,化工专业可以思考未来可以实行的降解和转换解决方案。
AI现在大热趋势,王伟俊认同AI领域的重要,但他不保证未来10年会否保持热长度。“20年前化学工程已经存在,可能一时曾面临瓶颈,但我相信有瓶颈之后就会再度活跃,一旦人才变少了就会有这方面人才的需求。”

新一代的年轻学者目前的想法或许是韩大数据或AI发展,他相信工程的地位仍然稳固,当然课纲要与时并进,融入新科技元素如大数据模拟,让研发成果事半功倍。

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那么,纳米能源与催化技术卓越中心(CONNECT)是如何推动纳米材料制备、催化与太阳能驱动的燃料转化、能源储存、运算纳米技术四大方向?王伟俊与CONNECT成员讲解实验室里的研究实况。

报道:本刊 关丽玲
摄影:本报 黄安健


▲ CONNECT其中一间实验室──等离子体能源创新中心(Plasma Energy Innovation Hub)。


▲这是CONNECT的其中一间实验室,主要进行人工光合作用的实验(Hub for Artificial Photosynthesis)。

1.材料的制备
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▲氮化碳(Carbon Nitride)是很好的光与电,可以用来产生氢气、二氧化碳转换、塑料降解、过氧化氢生成及硝酸盐还原为氨等。

除了生产氮化碳,CONNECT也做了很多合成材料,如金属硫化物(Metal Sulfide)及其他二维材料如层状双氢氧化物(Layered Double Hydroxide),常用于催化剂、吸附剂、电池材料等领域。

▲▼王伟俊要求学生在使用仪器和设备时,标注正在进行的实验项目名称。

2.催化与太阳能驱动的燃料转化

▲ 来自印尼的硕士生奈尔解释,由电力驱动的催化剂,通过焦点调节器,设置向催化剂输入的电力。催化剂在这里与海水反应,生成氢气和氧气,这就是水的主要成分。氢气将以气体形式释放,并流入气体检测装置(气相色谱仪),从中检测到的氢气量及效率。


▲这是一种吸附催化剂的导电底物(Conductive Substrate),很多孔的底物可以很好的补捉粉状催化剂,之后用电化学工作站进行电催化。CONNECT学生在测试电催化的循环性,目前已进行了200个小时二氧化碳还原的实验。

▲催化剂与海水发生反应,生成氢气(左)和氧气(右)。


▲傅杰示范以光催化进行二氧化碳还原,氙灯是模拟太阳光谱,照射在反应器,显示催化剂不仅可以吸收光,同时产生反应,过程产出的能源产物,并以色谱仪检测。

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▲石墨稀是很好的导电体,产生的高质量纳米材料抗拉和机械强度都很高。


▲生产过程中利用氩气在微波的帮助下产生等离子体,其温度比气体高。透过这状态可以把甲烷从原子和分子分裂,形成碳原子,重新组合最终形成石墨稀。这就是CONNECT的目标,明年必须生产40公斤的石墨稀。

3.能源储存
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▲ 助理教授陈吉祥(左)讲解光催化片流动电池(Photocatalyst sheet flow cell)结合流动电池的工作原理,用于能源转换或存储。

4.运算纳米技术模型


▲王伟俊在纳米表征中心(Nano-Characterization Hub)讲解,用肉眼看不到催化剂的面积,必须用高端仪器(BET)来精确测量。

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▲研究生在测量催化剂的形貌和局部表面电势。

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