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Applied Catalysis B: Environmental刊发鲁效庆团队高效双功能电解水催化材料最新研究成果
发布时间:2019-07-25 15:37:47点击数:字号:
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审核人 蒋大森

【本站讯】近日,我校材料科学与工程学院硕士研究生郭鹏的科研成果《钴铁氧化物价态结构调控及其高效电解水应用》(Initiating an efficient electrocatalyst for water splitting via valence configuration of Cobalt-Iron oxide)发表在国际材料领域权威期刊《应用催化B:环境》(Applied Catalysis B: Environmental)上。郭鹏为第一作者,王兆杰副教授与鲁效庆教授为共同通讯作者,中国石油大学(华东)为唯一署名单位。

电催化分解水析氢(HER)和析氧(OER)可实现能源的高效存储与转换,在工业化制氢、燃料电池、金属-空气电池等研究领域备受关注。虽然传统贵金属基电催化剂具有优异的催化性能,但高昂的价格限制了其广泛应用。近年来,研究者致力于开发低成本同时兼具高效HER和OER催化性能的双功能电催化剂。由于富含3d电子的过渡金属元素,具有易调控的化学组份、独特的电子结构、丰富的氧化还原态等特点,所以是目前廉价且高效的非贵过渡金属电催化剂研究的热点。鉴于金属活性中心不同的氧化态会呈现不同的催化活性,因此如何实现同一化学环境中金属活性中心具有多重氧化态,并通过控制不同价态比例连续调变以获得最优电催化性能的双功能催化剂是项目研究的难点。

针对以上难题,鲁效庆团队利用钴铁普鲁士蓝类似物作为模板,借助溶剂热方法进行化学处理,通过改变反应体系的化学组成、处理温度等实现了钴铁氧化物纳米立方体中钴元素不同氧化态组成比例的连续调变。结果发现随着低氧化态钴(CoII)的含量增加,钴铁氧化物的OER和HER性能均不断提升。借助密度泛函理论计算发现,富含CoII的钴铁氧化物可以有效促进水的分解过程,通过优化反应路径、调节反应中间体的吸附,实现了电催化活性大幅提升。该研究为非贵金属电催化剂的电子结构调控提供了新的策略,同时也为电活性中心价态结构的进一步优化提供了实验和理论依据。

审稿专家对该研究成果给予高度评价,认为该成果开发了一种简易的金属活性中心氧化态连续调变方法,为该领域科研工作者开发新型高效催化剂提供了理论依据和技术指导,在电催化剂精细结构调控方面将会引起广泛关注。

Applied Catalysis B: Environmental是Elsevier旗下的权威国际期刊,在催化领域具有很高的影响力,对研究内容的创新性、前沿性要求非常严格,最新影响因子为14.229。

鲁效庆团队长期从事新能源与环境相关领域的应用基础研究,近年来在国家自然科学基金、山东省自然科学基金等资助下开展了电催化剂设计合成、气体吸附/分离材料设计、电化学储能器件等方面的研究工作,相关研究成果先后发表在J. Mater. Chem. A, ACS Catal., ACS Appl. Mater. Interfaces,J. CO2Util.,Nanoscale等国内外著名期刊上。

全文链接:

【 作者:王兆杰 刘玉丽 殷述广 单宝来 来自:材料科学与工程学院 科技处  责任编辑:姜洪明 审核:蒋大森】

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