余颖教授课题组在能源转换研究领域取得重要进展

作者:淦丽霞 时间:2017-08-10 点击数:


 

课题组研制出制备方法简单、耗能低、无污染,而且适合制备大尺寸样品的电解水催化剂材料。
    (通讯员 淦丽霞)由于全球的能源和环境危机,可再生能源作用下分解水的研究成为能源转换领域的国际热点,其中的关键是高效催化材料的制备。我校澳门银银河官方网welcome余颖教授课题组与美国休斯顿大学任志锋教授课题组合作,在高效、廉价电催化分解水研究方面取得了重要进展,相关成果发表在国际能源和环境领域顶级期刊 Energy & Environmental Science 上(2017, 10, 1820-1827; 详见http://pubs.rsc.org/en/content/articlepdf/2017/ee/c7ee01571b),该期刊影响因子为29.52,该论文也被评选为2017年 Energy & Environmental Science 的热点文章。
     澳门银银河官方网welcome为该论文的第一完成单位,论文的第一作者为我校澳门银银河官方网welcome和美国休斯顿大学物理系联合培养的博士研究生余罗(我校2013届化学物理交叉班毕业学生)。
     电解水是一种清洁、可持续的大规模制备氢气和氧气的方法,其反应包括产氢 (HER) 和析氧 (OER) 两个半反应。其中,降低产氢和析氧反应的过电位是目前研究的技术难题,关系到相关技术是否可以实际应用。迄今为止,贵金属Pt和RuO2/IrO2分别被公认为非常高效的HER和OER催化剂材料,但其较高的成本和资源匮乏的缺点限制了这些材料的广泛应用。因此,开发可替代的非贵金属催化剂材料成为近几年的研究热点。

Cu@NiFe LDH催化剂的三维核壳结构示意图和全分解水的性能测试
     针对以上挑战,余颖教授和任志锋教授课题组从催化剂的微观形貌设计入手,将铜纳米线和镍铁双金属层状氢氧化物 (NiFe LDH)复合一起,在泡沫铜基底上巧妙地制备了二者的三维核壳纳米结构。该催化剂电极具有特殊的三维核壳纳米结构,拥有超大的比表面积和丰富的活性位点,在HER和OER两个半反应中同时表现出优异的电催化性能和稳定性,并在全分解水体系中拥有出众的性能,即在1 M的KOH溶液中,电流密度达到10和100 mA/cm2时,所需电位分别是 1.54和1.69 V,该性能优于目前最好的Pt/IrO2全解水体系,特别在高电流密度条件下更是远远超过Pt/IrO2。该催化电极的制备方法简单、耗能低、无污染,而且适合制备大尺寸样品,为非贵金属催化电极的大规模应用提供了可能。
   上述研究成果得到了国家自然科学基金、国家留学基金等项目的资助。

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