低碳能源研究院刘滋武研究员在国际材料领域高影响力期刊发表研究论文

发布者:刘勇发布时间:2020-02-17浏览次数:67

  

近日,江苏省高效储能技术与装备工程实验室的氢能技术研究团队,来自低碳能源研究院的刘滋武研究员以第一作者和通讯作者在国际材料领域影响力较高(影响因子:15.621)《Advanced Functional Materials》期刊上发表题为“Phosphorous-Doped Graphite Layers with Remarkably Outstanding Electrocatalytic Activities for the Oxygen and Hydrogen Evolution Reactions in Water Electrolysis”研究学术论文(doi.org/10.1002/adfm.201910741),该研究是重点实验室制氢团队自主独立研究成果,中国矿业大学为唯一第一作者和通讯作者的通讯单位。

在质子交换膜燃料电池领域,电解水制氢被认为是最有前途的制氢方法,该方法获取的氢气极为纯净,可直接用于燃料电池汽车。但由于氢氧析出两电极反应(HER, OER)过电势过高,造成该方法耗电量较大。开发高性能低成本氢氧析出电催化剂是降低过电势的最有效办法,而开发高性能催化剂的前提是催化剂中氢氧析出活性位的识别。在水电解催化前沿,近年出现一些杂原子掺杂新型氢氧析出碳催化剂,其中磷掺杂纳米碳催化剂的氢氧析出本征活性及其中活性结构一直没有被探索和揭示。该论文首先通过调控温度制备一系列磷掺杂纳米石墨片,并在酸碱条件下分别考察其氢氧析出活性,结果表明碱性条件下其氧析出活性尤为突出,有的甚至超过目前最好的贵金属氧化铱氧析出电催化剂,同时酸性条件下的氢析出活性也超越大部分的多元共掺杂碳催化剂。相关性考察和密度泛函理论计算揭示其优越的氧析出活性主要由C-O-P官能团引起,而氢析出活性位则由磷的C3-P=O官能团分解以后所产生的五元缺陷直接提供,这为高性能低成本氢氧析出碳催化剂的开发提供有力的理论依据。

在电催化领域,2009年氮掺杂阵列碳纳米管被证实具有一定的氧还原活性以后,国际上一直质疑其较好的氧还原活性是由制备阵列碳纳米管残留的金属催化剂引起。刘滋武研究员与其华南理工大学博士后彭峰导师团队在 2010 年通过设计制备无金属磷掺杂石墨片,排除金属催化剂影响,证实单纯非金属磷掺杂碳材料也具有较高的还原电催化活性(Liu Z W et al. Angew Chem Int Ed, 2011, 50 (14): 3257-3261),自此非金属碳催化剂概念(Metal-free carbon-based catalysts)在国际上才开始被接受,其后各种杂原子掺杂纳米碳材料如雨后春笋般涌现并被广泛应用在离子电池、超级电容器、太阳能电池和水处理等不同领域,目前该论文单篇已被引用近700次。刘滋武研究员目前常常亲自动手实验一直耕耘在杂原子掺杂纳米碳催化的前沿,先后以第一和通讯作者在Journal of Materials Chemistry A、Journal of Power Sources等高水平的学术期刊上发表SCI研究论文30余篇,被引用1200多次。

 

新闻来源:江苏省高效储能技术与装备工程实验室 饶中浩摄影:责任编辑:李秀审核:刘尊旭

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