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余颖教授课题组在能源转换研究领域取得重要进展

时间:2017-08-11 08:57 来源:物理学院 作者:淦丽霞 编辑:曹世生 点击:
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。
      华大在线讯(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。我校物理科学与技术学院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著名期刊 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。
 
      华中师范大学物理科学与技术学院为该论文的第一完成单位,论文的第一作者为我校物理科学与技术学院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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