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姜魯華教授團隊在燃料電池和水分解制氫催化劑研究方面取得新進展
作者:材料學院  來源:材料學院  編輯:臧傳永   點擊:[] 日期:2020年06月09日

氫能和燃料電池被認為是最理想的潔淨能源載體和發電技術,而燃料電池的商業化應用首先應突破貴金屬鉑催化劑的限制和高純氫氣的規模化製取兩大難題。我校材料學院姜魯華教授團隊聚焦燃料電池超低鉑/非鉑催化劑和高效水分解制氫研究方向,致力於解決燃料電池電極反應動力學速率慢、光/電催化效率低等重大科學技術難題,近期取得系列進展,相關工作發表於一區刊物(ACS Sustainable Chemistry&Engineering2020, 8, 2919-29302019, 7, 12419-12427J Energy Chem, 2020, 43, 121-128ACS Applied Materials & Interfaces, 2019, 11, 12525-12534Journal of Materials Chemistry A, 2019, 7, 2518Journal of Power Sources, 2019, 438, 227014)。上述工作均以我校為第一通訊單位。

發表在ACS Sustainable Chemistry&Engineering2020, 8, 2919-2930上的工作中,作者利用能帶工程和界面調控策略,構築了界面耦合的CoP量子點/P-g-C3N4複合光催化劑。藉助於量子限域效應,形成能帶匹配的CoP量子點/P-g-C3N4異質結;同時利用g-C3N4間隙摻雜的P與CoP量子點之間的Co-P鍵,促進界面耦合。該複合光催化劑能夠有效促進光生載流子的分離和傳輸,在可見光下對水分解產氫和污染物降解均顯示出優異的光催化活性和穩定性。該工作證明了異質結能帶匹配和界面耦合對光催化劑的重要性,為非貴金屬光催化劑的研究與開發提供了新思路。該工作姜魯華為獨立通訊作者,材料學院研究生華慶峯為第一作者。

文章鏈接://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssuschemeng.9b07252

發表在ACS Applied Materials & Interfaces2019, 11, 12525-12534上的工作中,針對燃料電池非鉑催化劑活性低、穩定性差等關鍵問題,研發了非貴金屬氧化鈷陰極氧還原電催化劑。作者設計了三種具有不同Co位點的尖晶石型氧化物Co3O4(Co2+Th,Co3+Oh),ZnCo2O4(Co3+Oh),CoAl2O4(Co2+Th),研究其催化活性中心及其在催化過程中的演變過程。與上海應用物理研究所合作在上海同步輻射光源進行了原位燃料電池-X射線光譜研究,揭示了鈷基氧化物的催化活性強烈依賴於鈷陽離子所處的幾何配位環境及價態,其中位於八面體中心的Co2+(Co2+Oh)具有最高的催化活性,高活性的Co2+Oh在反應過程中逐漸向Co3+Oh轉變。該工作首次揭示了氧化鈷催化劑的活性位點,及其在燃料電池工況下的結構演變過程,對設計高活性、高穩定性的過渡金屬氧化物電催化劑具有重要意義。該工作姜魯華為第一通訊作者,材料學院劉靜副教授為第一作者。

文章鏈接://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acsami.9b00481

姜魯華教授團隊(//jiang.qust.edu.cn)成立於2017年4月,在山東省泰山學者計劃和學校引進人才計劃支持下,聚焦氫能和燃料電池等新能源相關的光/電催化研究。自成立以來,獲得國家自然科學基金4項(含區域聯合基金重點項目課題1項),山東省重點研究計劃4項(含重大科技創新工程類課題2項)。該團隊的研究工作得到上述各項基金計劃的資助。

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