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寧波材料所在酸性電催化制氫領(lǐng)域取得新進(jìn)展
文章來源：未知 更新時(shí)間：2018-04-20 08:59:59
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電催化能源轉(zhuǎn)化技術(shù)，如電催化分解水制氫、電催化二氧化碳還原以及電催化氮?dú)膺€原等，是一種取代化石能源、減少碳排放、獲取可再生燃料的重要途徑。電催化析氧反應(yīng)（OER）是這些電催化能源轉(zhuǎn)化中重要且通用的陽極半反應(yīng)。然而，OER在動(dòng)力學(xué)上較為緩慢，需要高效的析氧電催化劑來降低反應(yīng)能壘，從而加速OER的進(jìn)行。經(jīng)過幾十年的努力，人們發(fā)展出大量高效且穩(wěn)定的堿性O(shè)ER電催化劑，然而在酸性O(shè)ER電催化劑的發(fā)展上卻收效甚微。由于在酸性PEM電解池中進(jìn)行電催化反應(yīng)具有更高的傳質(zhì)速度、產(chǎn)物純度以及效率等優(yōu)勢(shì)，因此開發(fā)高效的酸性O(shè)ER電催化劑具有更重要的大規(guī)模應(yīng)用意義。目前，缺乏高活性且穩(wěn)定的酸性O(shè)ER電催化劑仍然是阻礙電催化能源轉(zhuǎn)化反應(yīng)在酸性介質(zhì)中發(fā)展的一大瓶頸。 據(jù)報(bào)道， 近日，中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所所屬新能源所研究員陳亮團(tuán)隊(duì)以設(shè)計(jì)電催化劑的表面構(gòu)造和電子結(jié)構(gòu)為出發(fā)點(diǎn)，發(fā)展出了可以在酸性電解液中應(yīng)用的高活性且穩(wěn)定的OER電催化劑。在該研究中，蘇建偉以通過Ru陽離子交換后的金屬有機(jī)框架衍生物作為前驅(qū)體，在空氣中焙燒制備了由超小納米晶粒組裝而成的Cu摻雜的RuO2空心八面體材料。這種方法通過降低焙燒溫度來減少RuO2納米晶的粒徑，從而可以暴露出具有低配位數(shù)的高密勒指數(shù)面。作為酸性析氧電催化劑，在電流密度達(dá)到10mA/cm2 時(shí)其過電位僅為188mV，表現(xiàn)出比商用RuO2電催化劑更優(yōu)異的電催化析氧活性和穩(wěn)定性。田子奇通過密度泛函理論模擬計(jì)算發(fā)現(xiàn)，高能面上的三配位Ru原子在反應(yīng)過程逐步被氧化從而大幅度降低OER的反應(yīng)能壘，同時(shí)Cu摻雜可以調(diào)整RuO2的電子結(jié)構(gòu)從而大幅度提高其OER催化活性。該項(xiàng)工作以Assembling Ultra-Small Copper-doped Ruthenium Oxide Nanocrystals into Hollow Porous Polyhedra: Highly Robust Electrocatalysts for Oxygen Evolution in Acidic Media 為題發(fā)表在《先進(jìn)材料》（Advanced Materials，DOI: 10.1002/adma.201801351）上。 上述工作得到了國家基金委面上項(xiàng)目、浙江省自然基金杰青項(xiàng)目、寧波市創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)與中國博士后基金面上項(xiàng)目的大力支持。 |
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