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我校新能源电池材料工程中心取得系列重要原创性科研成果

作者:来源:化学化工学院 | 时间:2021-09-06

2021年上半年,我校新能源电池材料工程技术研究中心紧密围绕新时期科研工作的新要求,把握新机遇,促进科研大发展,形成了一系列高水平科研成果。中心魏伟、罗干、陈稳霞、张永亚、李盼、王立晶5名研究人员发表SCI一区论文8篇,其中包括具有国际顶级影响力期刊一篇。胡新成、李洁琼2名研究人员获国家自然科学基金青年基金资助。这些成果的取得,有力地支撑了我校申硕工作的顺利进行。

工作一、中心主任魏伟博士(通讯作者)与罗干博士(第二作者)联合复旦大学郑耿峰教授,北京理工大学韩庆报道了立方铜氮化物(Cu3Nx)上形成的高密度氮空位作为CO-CO偶联的高效电催化中心,形成了朝向C2产物的关键OCCO*中间体。采用电化学锂调节策略制备了不同氮密度的Cu3Nx,密度泛函理论(DFT)计算表明,CO*的吸附能和关键C2中间体形成的势垒与氮空位密度密切相关。富含氮空位的Cu3Nx催化剂在-1.15V下具有81.7±2.3%的最高C2产物法拉第效率,相应的,生成C2产物的部分电流密度为-307±9 mA cm−2。此外,Cu3Nx催化剂在高电流密度下也表现出优异的电化学稳定性,大大超过了含氧空位的CuOx催化剂。这项工作提出了一种有吸引力的方法来产生稳定的阴离子空位,作为电化学CO2RR制多碳产物的催化中心。成果以我校第二单位发表在Advanced Materials(中科院一区,影响因子30.849)上,Advanced Materials是材料与化学大领域的顶尖期刊,在国际材料领域科研界上享誉盛名。

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工作二、中心主任魏伟博士利用离子液体分散法,制备了一种高度分散的锗量子点。作为新一代储能设备钠离子电池负极,该材料表现出优秀的快速充放电性能以及超长循环寿命。该材料在5倍率(即12分钟充满或放完)大电流充放电制度下,能够完成5000次循环使用,质量比容量在200 mAh/g以上。文章以我校第一单位魏伟博士第一作者,发表在Materials Chemistry Frontiers(中科院一区论文,影响因子6.788)上。

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工作三、陈稳霞博士通过水热法在导电碳布上原位生长MoS2,以三聚氰胺为碳源和氮源,通过化学气相沉积获得具有硫空位的MoS2基电催化剂,讨论了元素掺杂和空位工程在提高HER和OER方面的作用,为制备活性位点丰富、高效催化的MoS2基电催化材料提供了新的思路。相关成果以第一单位发表在Nanoscale(中科院一区,影响因子7.79)上。

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工作四、陈稳霞博士通过原位合成的MOFs,经高温退火和Ar-N2射频等离子体处理同时经P元素填充,随后切断保护气体使其在管式炉中降温。通过调节Ar-N2气体流速,确保切断MOF内部的Co-N键,以实现Co与P价键重组,并精确调控P/O比,从而提高催化剂析氢反应(HER)和析氧反应(OER)的性能。此外,P元素的填充可以有效改变催化剂的电子结构,保证催化活性位点的均匀分布。所合成的CoPO中空多面体结构,在电流密度达到10 mA cm-2时,其HER和OER过电位分别为105和275 mV, Tafel斜率分别为48和52 mV dec-1,表现出较优的电催化活性和稳定性。相关成果以第一单位发表在Nanoscale(中科院一区,影响因子7.79)上。

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工作五、张永亚博士率先采用离子液体原位限域聚合策略,制备出高度分散的Ru纳米粒子复合催化剂。高度分散的Ru催化剂能够显著降低贵金属的用量,并同时提升催化活性的上限值,具有工业应用价值。研究组提出的均相分散-原位限域聚合策略是一种有价值的方法,可以很容易的扩展到多种金属离子,为制备高分散、高稳定性金属纳米复合催化剂开辟了新的道路。文章以我校第一单位发表在Small Methods(中科院一区,影响因子14.8)。

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工作六、李盼博士采用缺陷诱导异质结生长的策略,在富含缺陷的CdS表面上原位生长ZnIn2S4制备了CdS/ZnIn2S4异质结,两者之间强的电子耦合作用显著地提高了光生载流子的分离,从而极大地提高了光催化产氢性能。研究成果以第一单位在Journal of Colloid and Interface Science(中科院一区,影响因子8.12)上发表。

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工作七、李盼博士通过改变退火气氛(氩气和空气),在ZnS纳米片中成功构筑了VS和VZn-VS-VZn两类空位缺陷,实现了高效制备太阳燃料,同时,深入系统地研究了这些缺陷对光生载流子分离、CO2的吸/脱附与活化、以及还原产物吸/脱附等的影响,并探索了其对CO2RR和HER选择性的影响机制。该工作对通过缺陷工程策略设计高效半导体基光催化剂具有重要的指导意义。研究成果以我校第二单位在国际知名期刊Journal of Materials Chemistry A(中科院一区,影响因子11.30)上发表。

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工作八、中心王立晶博士巧妙的运用过渡金属空轨道和黑磷孤对电子之间容易形成Zn-P配位键的特点,通过超声辅助的水热法将黑磷纳米片与铁酸锌多孔微腔结构结合,提高了黑磷纳米片的稳定性和分散性。此外,两种半导体之间的结合有效提高了催化剂的太阳光利用率,比表面积,载流子传输性能和氢吸附脱附平衡,从而显著提高了催化剂的光催化产氢性能。该成果的研究思路对黑磷基光催化剂的设计合成具有重要指导意义。研究成果以第一单位在Journal of Colloid and Interface Science(中科院一区,影响因子8.12)上发表。

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(编辑:贾莉美 审核:张银堂 签审:常忠伟)

 

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