研究结果与分析：材料性能比较
内容描述：该图比较了常用于焦耳加热过程的材料的电阻率和热导率。灰色标记表示常见材料，红色表示常用于焦耳加热的金属，蓝色和黑色分别表示碳化硅和碳材料。
分析结果：金属如Nichrome和FeCrAl具有较高的热导率，可实现均匀加热，但电阻率相对较低，可能需要更高的功率输入。碳材料和碳化硅具有较高的电阻率，可实现更高效的电能转化为热能，但热导率较低可能导致加热不均匀。这一比较为焦耳加热材料的选择提供了重要指导。
本研究详细探讨了焦耳加热过程的两个核心方面：
研究方法还包括具体应用如化学合成(氨合成/分解、蒸汽甲烷重整、CO₂转化)和先进材料合成(石墨烯、金属和金属氧化物、金属碳化物)，使用闪蒸焦耳加热(FJH)等技术实现快速升温和高效转化。
内容描述：该图比较了常用于焦耳加热过程的材料的电阻率和热导率。灰色标记表示常见材料，红色表示常用于焦耳加热的金属，蓝色和黑色分别表示碳化硅和碳材料。
分析结果：金属如Nichrome和FeCrAl具有较高的热导率，可实现均匀加热，但电阻率相对较低，可能需要更高的功率输入。碳材料和碳化硅具有较高的电阻率，可实现更高效的电能转化为热能，但热导率较低可能导致加热不均匀。这一比较为焦耳加热材料的选择提供了重要指导。
内容描述：(A) Zhang等人设计的反应器示意图及自制反应器照片，使用锑掺杂氧化锡(ATO)进行烃类催化燃烧；(B) 用于从各种前体制备氧化石墨烯的闪蒸焦耳加热反应器的 generalized 示意图和数字图像。
分析结果：这些反应器设计展示了焦耳加热在不同应用中的灵活性。填充床设计简单直接，但可能导致较大的压降。闪蒸焦耳加热反应器能够实现快速升温和大规模功能材料生产，展示了焦耳加热在材料合成中的高效性。
内容描述：Mortensen等人用于氢气生产的反应器设计和光学图像，使用FeCrAl合金管涂覆镍基催化剂 washcoat。
分析结果：该管式反应器设计简单，通过直接焦耳加热实现高效甲烷重整。温度分布显示在涂层区域略有下降，表明吸热的SMR反应消耗了大量热量。与传统气体燃烧炉加热的反应器相比，催化剂利用率提高了一个数量级，展示了焦耳加热在工业氢生产中的巨大潜力。
内容描述：(A) 使用涂覆Ru/Al₂O₃的NiCrAl泡沫催化剂支撑进行NH₃分解的示意图；(B) NH₃转化率和(C) 重整效率随气体小时空间速度在不同输入温度下的变化。
分析结果：焦耳加热显著提高了氨分解的催化活性和效率。与外部加热方法相比，焦耳加热使催化剂比活性提高了10倍。在高输入功率下，即使没有催化剂，泡沫也显示出高转化率(~95%)，但催化活性较低。这一结果表明焦耳加热不仅能够 decarbonize 化学过程，还能改善基本机理参数。
内容描述：焦耳加热 enabled 反向水气变换(RWGS)和二氧化碳重整甲烷(CRM)。(A) 使用开孔SiSiC泡沫的反应器装置示意图；(B) RWGS和CRM的温度随输入功率的变化；(C) RWGS和CRM的反应器轴向壁和出口温度分布；(D) CRM和(E) RWGS的CO₂和CH₄转化率随反应器温度的变化。
分析结果：多孔支架表现出优异的焦耳加热性能，可实现高达700°C的操作温度范围。焦耳加热驱动的过程可实现高CO₂转化率，接近两个反应的热力学平衡。该过程能够以低比能量需求实现高CO₂转化率，计算值为0.7kWh/Nm³CO₂(假设90%显热回收率和95%整体绝热性)。使用水电解衍生的H₂原料也可实现显著降低的比能耗(4.5kWh/Nm³CO₂)。
内容描述：无定形碳和废聚乙烯混合物的闪蒸焦耳加热(FJH)生成FG作为添加剂，改善环氧树脂和乙烯基酯树脂的机械性能。
分析结果：FJH过程能够将废物原料转化为高价值材料。废衍生的石墨烯使复合材料的杨氏模量和硬度与纯聚合物相比提高了高达73%。这表明焦耳加热不仅有助于脱碳，还能实现废物的升级循环，为循环经济做出贡献。
内容描述：(A) 用于焦耳加热合成金属碳化物的反应器示意图，以及(i)本工作中采用的过程与(ii)传统合成方法的比较；(B) 焦耳加热反应器产生的温度随时间和施加电压的变化；(C) 金属前体和碳材料的温度和蒸气压关系。
分析结果：焦耳加热过程可有效合成金属碳化物纳米晶体，同时防止合成过程中焦炭沉积。在高温下，研究的金属前体(如MoCl₃、WO₃、V₂O₅等)表现出比碳黑添加剂更高的蒸气压，使其能够合成相应的碳化物，粒径约为10-30nm，从而实现它们在催化中的高效应用。与传统方法相比，FJH方法避免了额外气相碳前体的使用，防止了无定形碳涂层的形成。