中国颗粒学会气溶胶专业委员会、国际空气与废弃物管理学会中国分会、中国科学院地球环境研究所于2012年3月1日-3日在西安成功举办了第六届大气细及超细粒子研讨会暨PM2.5专题高级讲习班。讲习班邀请了国内外PM2.5研究领域五名知名专家,向与会者讲解了前沿的PM2.5监测研究和控制技术。国际著名专家、美国沙漠研究所的Judith\ Chow和John\ Watson教授针对PM2.5的连续综合监测、网络观测设计原则和实例、排放源谱和清单、监测评估的质量保证与控制、实验室分析方法、数据分析方法、大气能见度、受体模型源解析方法及空气质量管理政策等九大方面做了细致并系统的讲解铁学熙教授讲授了数值模拟方面的工作;地球环境研究所曹军骥研究员和复旦大学阚海东教授分别讲授了我国PM2.5污染现状及控制措施和PM2.5的健康效应等工作。针对参会人员诸多许多困惑与问题,主讲人均耐心的给予解答。

近期,固体所环境与能源纳米材料中心在常温常压下电催化氮气还原方面取得新进展。利用催化剂和电解质的相互作用,在抑制催化剂产氢活性的同时,提高了其催化氮气还原的能力。相关工作发表在期刊Advanced
Energy Materials上。

近期,安光所谢品华研究员课题组在大气NO3和N2O5同步高灵敏探测研究方面取得新进展,相关研究工作发表在Optics\ Express上。

此次参加培训班有来自全国各地24个省市自治区70余个单位约170人。单位包括有大学、研究院所和仪器公司,其中来自北京、上海、广州、南京、武汉、厦门、石家庄、天津、郑州、重庆、乌鲁木齐及西安等省市等环保、气象系统工作人员约50人。此次培训班的举办及时满足了当前国内对于PM2.5先进科技的需求,系统讲授了国际领先的空气质量监测和管理知识,为国家即将开展的过渡期PM2.5监测与达标工作做出了贡献。

氨是一种重要的化工原料,广泛应用于工业、农业,同时,也是一种重要的储能中间体和无碳能源载体。目前,工业上合成氨主要采用哈伯-博施(Haber-Bosch)法,该方法需要在高温高压(300~500℃、200~300atm)下进行,耗能大,年均能耗约占到世界能源总消耗的1~2%。而且,Haber-Bosch法需要高纯度的氢气作为原料;而高纯度的氢气一般是通过矿物燃料转化而来,其过程会排放大量的CO2(约占到温室气体年排放量的1.5%)。因此开发高效、低能耗、清洁的合成氨技术有重要意义。电催化固氮理论上可在常温常压下进行,且以水和氮气作为原料,因此被认为是一种潜在的替代工业合成氨的技术。目前,电化学固氮面临的一个主要挑战是效率太低(产氨速率和法拉第电流效率),主要是因为在常温常压下,N2中的氮氮三键非常牢固,氮气加氢还原反应很难进行,且析氢电位和氮还原电位非常接近,析氢作为竞争反应会严重制约氮还原合成氨的效率。因此,兼顾并平衡氮活化和析氢竞争反应对于电化学固氮催化剂的设计和选择非常重要。

NO3自由基是夜间大气最重要的氧化剂,可与挥发性有机化合物反应生成有机硝酸脂;且N2O5与NO3自由基之间存在热平衡关系,夜间N2O5的水解反应作为NO3的间接损耗途径,可生成硝酸盐和ClNO2。二次污染物有机硝酸脂和硝酸盐都是大气污染的重要组成部分。鉴于NO3自由基和N2O5在大气反应过程中的关键作用,准确测量它的浓度水平及变化规律对研究夜间大气化学具有重要意义。

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二硫化钼(MoS2),是一种经典的二维材料,在电催化产氢反应,O2还原反应,CO2还原反应(CO2RR)等方面都有很好的催化性能。但其在电催化氮气还原方面还是效率太低,因为它的HER催化活性会明显抑制氮气还原反应活性。二硫化钼的产氢的活性位点主要归因于边缘的硫,考虑电解质与催化剂的相互作用,选用含锂电解质,与边缘的S形成强的“Li-S”键和作用,结合理论计算,科研人员通过吸附、气相水热、高温退火三步,合成了均匀分布在纤维素上的二硫化钼纳米片(MoS2/BCCF)。

胡仁志副研究员等在前期研究的腔衰荡光谱技术基础上,解决了激光多光路高效耦合、热衰荡腔稳定性控制等难题,研发了一套可同时测量NO3和N2O5的腔衰荡探测系统,于2017年6月2日-6月22日在北京城市地区开展了外场实验。这次外场实验首次在国内城市地区同时获得了夜间NO3自由基和N2O5的变化趋势。同时该仪器也应用于北京冬季城市上空垂直廓线的测量,结果表明冬季城市上空的夜间化学过程依然比较活跃。

实验表明:常温常压下,用0.1M
Li2SO4溶液作为电解质,在-0.2V电位下,MoS2/BCCF产氨效率达到\ 43.4\ μg\ h-1mg-1,法拉第效率为\ 9.81%。相较于在0.1M\ Na2SO4电解液中,产氨效率和法拉第效率分别提高了8倍和18倍。此外,通过对反应后的催化剂进行了固态核磁锂谱和XPS\ S2P\ 高分辨谱图的表征,证明了反应过程中强“Li-S”的形成。此研究工作利用电解质和催化剂的相互作用,很大地提高了电催化产氨效率,为未来常温常压下电催化合成氨技术的发展提供了新的思路和想法。

该仪器的研制能满足对环境大气NO3自由基和N2O5高灵敏、高时间分辨率多平台实时在线探测的测量需求,可为研究大气化学过程提供先进技术手段和设备,为进一步研究NO3自由基和N2O5大气化学过程及二次污染规律等科学问题提供数据支持。

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