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姜鲁华教授团队在燃料电池和水分解制氢催化剂研究方面取得新进展
作者:材料学院  来源:材料学院  编辑:臧传永   点击:[] 日期:2020年06月09日

氢能和燃料电池被认为是最理想的洁净能源载体和发电技术,而燃料电池的商业化应用首先应突破贵金属铂催化剂的限制和高纯氢气的规模化制取两大难题。我校材料学院姜鲁华教授团队聚焦燃料电池超低铂/非铂催化剂和高效水分解制氢研究方向,致力于解决燃料电池电极反应动力学速率慢、光/电催化效率低等重大科学技术难题,近期取得系列进展,相关工作发表于一区刊物(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)。上述工作均以我校为第一通讯单位。

发表在ACS Sustainable Chemistry&Engineering2020, 8, 2919-2930上的工作中,作者利用能带工程和界面调控策略,构筑了界面耦合的CoP量子点/P-g-C3N4复合光催化剂。借助于量子限域效应,形成能带匹配的CoP量子点/P-g-C3N4异质结;同时利用g-C3N4间隙掺杂的P与CoP量子点之间的Co-P键,促进界面耦合。该复合光催化剂能够有效促进光生载流子的分离和传输,在可见光下对水分解产氢和污染物降解均显示出优异的光催化活性和稳定性。该工作证明了异质结能带匹配和界面耦合对光催化剂的重要性,为非贵金属光催化剂的研究与开发提供了新思路。该工作姜鲁华为独立通讯作者,材料学院研究生华庆峰为第一作者。

文章链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssuschemeng.9b07252

发表在ACS Applied Materials & Interfaces2019, 11, 12525-12534上的工作中,针对燃料电池非铂催化剂活性低、稳定性差等关键问题,研发了非贵金属氧化钴阴极氧还原电催化剂。作者设计了三种具有不同Co位点的尖晶石型氧化物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过程中的演变过程。与上海应用物理研究所合作在上海同步辐射光源进行了原位燃料电池-X射线光谱研究,揭示了钴基氧化物的催化活性强烈依赖于钴阳离子所处的几何配位环境及价态,其中位于八面体中心的Co2+(Co2+Oh)具有最高的催化活性,高活性的Co2+Oh在反应过程中逐渐向Co3+Oh转变。该工作首次揭示了氧化钴催化剂的活性位点,及其在燃料电池工况下的结构演变过程,对设计高活性、高稳定性的过渡金属氧化物电催化剂具有重要意义。该工作姜鲁华为第一通讯作者,材料学院刘静副教授为第一作者。

文章链接:https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acsami.9b00481

姜鲁华教授团队(https://jiang.qust.edu.cn)成立于2017年4月,在山东省泰山学者计划和学校引进人才计划支持下,聚焦氢能和燃料电池等新能源相关的光/电催化研究。自成立以来,获得国家自然科学基金4项(含区域联合基金重点项目课题1项),山东省重点研究计划4项(含重大科技创新工程类课题2项)。该团队的研究工作得到上述各项基金计划的资助。

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