《美国科学院院刊》刊发我校郭林教授和刘利民教授合作研究成果

点击数:    |    加入时间:2020-08-27

北航新闻网8月27日电(通讯员 刘乃鹏)在国家自然科学基金重点项目及面上项目(批准号:51532001,51861130360)等资助下,我校化学学院郭林教授和物理学院刘利民教授研究团队报道了一种类铜铁矿结构材料的设计合成及电催化特性。相关工作以“电化学原位自重构诱导制备铜铁矿类似物作为析氧反应催化剂(Achieving Delafossite Analog by in-situ Electrochemical Self-Reconstruction as An Oxygen-evolving Catalyst)”为题,于2020年8月27号发表在 Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America(《美国科学院院刊》)上。

高效析氧反应(OER)电催化剂材料的设计与制备是燃料电池、电解水等能量存储与转化技术实现突破的核心点之一。层状材料催化剂具有独特的结构特征,受到人们的广泛关注。层状化合物铜铁矿材料发现于1873年,但由于其不良的导电性和固有活性,限制了其在电催化领域的应用。

研究团队结合铜铁矿和羟基氧化物两种层状结构的特点,通过理论模拟指导,将Ag插层在Co/FeO6八面体层间,设计合成出一种新型的类铜铁矿结构。有别于传统的铜铁矿结构,这种新型的结构具有独特的电子构型,不仅能够调制电子结构,提高导电性,而且具有优化的OER能量学路径,是一种理想的催化剂。

研究团队发展了一种原位电化学自重构策略,通过电压诱导的离子溶解-再沉淀,将亚稳态非晶钴铁氢氧化物负载银纳米颗粒复合物作为前驱体转化为非晶态的类铜铁矿活性物质。该类铜铁矿结构的催化剂材料在OER电催化过程中表现出优异的活性(电流密度为10 mA cm-2时的过电位为220 mV)和良好的耐久性(在300 h的恒电流测试中工作电位保持稳定)。

该工作提出了一种通过结构设计和改性挖掘传统材料新应用的方法,为设计新型催化材料开辟了新的思路。

图. 铜铁矿类似物的结构设计,形成机制及形貌和性能表征

铜铁矿类似物的结构设计,形成机制及形貌和性能表征

论文链接为:https://www.pnas.org/content/early/2020/08/25/2009180117

(审核:李红捷)

编辑:贾爱平

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