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材料科学与工程学院教师两项研究成果在高水平学术期刊发表

  • 发布单位:科技处、社科处
  • 发布时间:2019-10-14
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日前,材料科学与工程学院王严杰教授(海外领军人才)带领其研究团队与上海大学张久俊院士课题组进行合作的一项研究成果,汪国秀教授和赵玉飞博士后合作的一项研究成果分别发表在中科院JCR数据库中化学类SCI一区top期刊、我校T类二级刊物的学术期刊上。

破解电催化析氧反应催化剂难题

新能源的开发利用对高效储能器件不断提出挑战。一体式可再生燃料电池(Unitized regenerative fuel cells,URFCs)整合了聚合物电解质膜燃料电池(Polymer electrolyte membrane fuel cell,PEMFC)和聚合物电解质水电解槽(Polymer electrolyte water electrolyzer,PEWE)的优点,以高效率、低成本、环境友好等特点,为低成本、大规模储能技术的发展提供了潜在方向。然而URFCs的关键材料——电催化析氧反应催化剂目前仍面临研发困境。

针对这一问题,我校材料科学与工程学院王严杰教授(海外领军人才)带领其研究团队与上海大学张久俊院士课题组进行合作研究,基于目前国内外催化剂的研究现状和热点,从负载与非负载的双功能催化剂结构设计与性能关系角度出发,系统地讨论和比较了催化剂的原材料选取、合成技术、表征手段以及其在URFCs的性能研究。该研究从物理化学理论水平上分析了催化剂催化活性与稳定性的根源,为后续新一代高性能双功能氧电极催化剂的设计与制备提供重要引导作用。

该研究成果“Recent advancements in the development of bifunctional electrocatalysts for oxygen electrodes in unitized regenerative fuel cells (URFCs), doi.org/10.1016/j.pmatsci.2018.06.001”发表在《Progress in Materials Science》上。该刊物作为一个综述性期刊,是Elsevier国际材料领域具有影响力的重要学术期刊之一,也是中科院JCR数据库中化学类SCI一区top期刊、我校T类二级刊物,2018年影响因子高达23.75。

破解电催化析氧反应催化难题

全球经济的快速发展伴随着严重的能源和环境问题。新能源的研究与应用被学者广泛关注。氢能被认为是最具应用前景的新能源之一。电催化分解水制备氢气是一种清洁、可再生的制备绿色氢能的方法。在水分解的过程中,阳极析氧反应是一个四电子转移过程,具有缓慢的动力学和较大的过电位,阻碍了水分解反应效率的进一步提高。因此,开发和研究电催化析氧反应催化剂可以有效地提高水分解全反应的效率。

为了解决这一问题,我校材料科学与工程学院汪国秀教授和赵玉飞博士后利用钴嵌入碳纤维(Co/NCNFs)与高锰酸钾(KMnO4)之间自发的氧化还原反应,原位生长超薄具有大量氧空位的钴掺杂MnO2纳米片(Co-MnO2|OV)。金属钴的存在有利于MnO2形成超薄2D结构以及丰富的氧空位,极大地提高了其导电性和催化活性。同时,钴和氮共功能化CNF为Co-MnO2|OV催化剂提供了稳定的结构以及较高的电子传输速率。Co-MnO2|OV在碱性电解质电催化析氧过程中表现出较高的催化活性和优异的稳定性。理论计算(DFT)表明,Co掺杂的MnO2具有表面空位,可以调节电催化析氧反应的速率控制步骤,从* OH→* O(纯MnO2)转变为形成吸附的* OH中间体(Co-MnO2|OV),具有较低的能垒。

该研究成果“Cobalt-doped MnO2ultrathin nanosheets with abundant oxygen vacancies supported on functionalized carbon nanofibers for efficient oxygen evolution”已发表在《Nano Energy》期刊上。该刊物为中科院JCR数据库中化学类SCI一区top期刊、我校T类二级刊物,影响因子15.548。


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