服务案例

关键词：光伏发电，水分解制氢气，金属有机框架，清洁燃料

所属类别：化学类

（一）内容介绍

本虚拟仿真实验包含：

（1）光能转化电能反应

（2）电催化水分解制氢反应

（3）气相色谱检测分析原理及应用

（4）MOF材料的溶剂热合成

（5）X-射线单晶衍射和粉末衍射分析

（6）二氧化碳气体静态容量吸附表征

（7）共沉淀反应及高温高压合成

（8）多相催化二氧化碳加氢反应

人工光合成清洁燃料综合化学虚拟仿真实验内容框架图

本虚拟仿真实验分为3个模块，模块1，光伏发电驱动高效催化水分解制氢气；模块2，金属有机框架（MOF）材料高效捕获CO₂；模块3，固溶体催化CO₂加氢制备清洁燃料甲醇。

模块1，光伏发电驱动高效催化水分解制氢气

模块2，金属有机框架（MOF）材料高效捕获CO₂

模块3，固溶体催化CO₂加氢制备清洁燃料甲醇

（二）实验的特色和亮点

人工光合成是模拟自然界光合作用，利用太阳光将二氧化碳（CO₂）和水转化成甲醇（CH₃OH）等清洁燃料。中科院大连化物所李灿院士团队将人工光合成过程分解为利用太阳能光伏发电催化分解水制氢（H₂）和用热催化CO₂加氢制甲醇等燃料。在解决水分解关键科学问题的同时，攻克发展CO₂催化加氢合成甲醇的核心技术，将这两个反应分而攻克之，然后耦合实现太阳燃料的规模化合成。该技术路线作为我国首个液态千吨级太阳燃料示范工程已在我国甘肃省启动。

人工光合成清洁燃料综合化学虚拟仿真实验总体设计思路图

该设计对应的实体实验涉及电催化水分解反应、高温高压合成反应、X-射线单晶结构测试分析、气固热多相催化反应等多个复杂过程，特别是实体实验过程涉及氢气的制备存储，属于易燃易爆气体，危险性很大；制备的化合物需要反复使用X-射线单晶衍射和X-射线粉末衍射等表征手段确认化合物的晶体结构，仪器操作复杂也具有一定的危险性；催化反应的实现需要在高温高压条件进行（压力：1.0-5.0MPa，温度：180-400℃），且反应时间较长。这些实验在本科基础化学实验室因时间较长、过程存在危险因素及对实验条件和教学设施要求高而难以完全开展。