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聚焦氢气臭氧催化研究,关注现象背后物理本质——清华大学燃烧能源中心2016级烽火班学生王一如与梁文恺、罗忠敬教授合作在Combustion and Flame发表文章
时间:2019-04-16 22:02

聚焦氢气臭氧催化研究,关注现象背后物理本质

——清华大学燃烧能源中心2016级烽火班学生王一如与梁文恺、罗忠敬教授合作在Combustion and Flame发表文章

201944日,2016级烽火班学生王一如的文章Role of ozone doping in the explosion limits of hydrogen-oxygen mixtures: Multiplicity and catalyticityCombustion and Flame上发表。梁文恺为第一作者兼通讯作者,王一如为第二作者,罗忠敬教授为第三作者。


普林交换期间组会汇报后合影(右3为罗忠敬教授,左4为梁文恺,右2为王一如)

氢气作为一种燃料,不仅是强大的化学能源,例如火箭推进剂,也是理想的清洁能源,在工业发电厂中的使用可以消除温室气体排放等环境问题。目前,对于氢气的成功利用主要面临两个挑战:一是氢气热力学反应状态的多样性,二是如何选择催化剂以操纵氢气固有的强反应性。针对以上问题,王一如与梁文恺、罗忠敬教授研究了臭氧参杂对H2-O2混合物的Z形非单调响应的作用。研究表明,尽管O3的参与确实可以在促进点火方面发挥其强大的催化作用,但低水平的掺杂使?#31995;?#27987;度的O30.72%-0.73%)可以引入额外的系统多样性,导致系统不?#36164;?#25805;纵,更?#33258;?#23616;部和全局上表现出不稳定的燃烧状态。而加入略多的O3则使其体现出良好的催化潜力,此?#21271;?#28856;极限由H2-O3而非H2-O2化学主导,爆炸极限曲线呈单调变化,?#23376;?#25805;纵,且整体更易燃。文章对氢氧混合物的臭氧催化进行了前瞻性的研究,发现了少量臭氧掺杂时的不稳定性,为后续研究提供了?#21592;?#21644;参照。王一如阐述,本次研究仅对于化学计量比下的氢氧混合物进行了催化研究,后续可研究?#25381;?#21644;贫油情况下爆炸极限的内在反应机理,以及惰性气体稀释条件下爆炸极限所产生的变化。

普林交换期间合影(从左至右?#21644;?#19968;如,梁文恺,罗忠敬教授,孙清晗)

此次研究为王一如2018年在普林斯顿大学进行暑期研?#31185;?#38388;所做的工作。“当时已经有一些关于甲烷等燃料的臭氧催化研究,但对于氢气这一重要燃料的臭氧催化,暂时还处于?#30651;?#29366;态。”王一如介绍:“由于本次研究主要是数?#30340;?#25311;,因此不需要进行大量的实验,只需要利用计算机不?#22799;?#25311;即可。梁文恺学长和罗教授对于相关研究有大量的经验,期间通过不?#31995;?#20132;流,确保研究的大体方向把握得较为准确。”作为一个大二学生,王一如对专业知识的掌握有限,这影响到了文献的阅读和初期的研究工作。认识到自身不足,王一如投入到更加深入、具体的学习中。自学燃烧学相关章节,阅读大量相关文章,积极与学长沟通交流……王一如努力克服困难,逐渐在这一领域积攒了一定的知识储备。运用自身具备的专业知识和技能,包括燃烧学中关于氢氧混合物的反应机理知识、爆炸极限及反应路径之间的相互竞争知识、SENKIN代码的相关使用方法,王一如顺利完成了此次研究。


王一如作学术报告

王一如生活照

在研究一步步展开的过程中,罗忠敬教授的教?#38469;?#29579;一如受益颇深:“永远要关注现象背后的物理本质是什么。”王一如表示,在研究中,曾经面对一些具体问题?#20445;?#33258;?#20309;?#33021;明确其背后的作用机理,甚?#26753;?#30053;了物理本质,导致对问题的分析不够透彻,甚至偏离了研究方向。通过罗教授的教导和自身的探索,王一如深刻体会到,只有看清了问题的物理本质,才能准确把握研究的主题方向,更?#34892;?#22320;进行研究分析。

这篇文章的完成,使王一如对燃烧中的化学动力学以及反应机理部?#31181;?#35782;有了更加深入的了解,为其后续学习带来了极大的便利。与此同?#20445;?#28023;外新鲜而充实的研修生活,使王一如感受到了不同国家的科研、生活的不同文化氛围。在获得了一定的科研信心的同?#20445;?#29579;一如意识到自身?#28304;?#22312;着许多不足,未来有待研究的方面更广。

采写:高张宇
编辑:罗磊 
审核:刘有晟

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