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    我國學者在類銅鐵礦材料設計方面取得進展

    日期 2020-09-09   來源:工程與材料科學部   作者:陳克新 熊杰  【 】   【打印】   【關閉

    圖. 銅鐵礦類似物的結構設計,形成機制及形貌、性能表征

      在國家自然科學基金項目(批準號:51532001、51861130360)等資助下,北京航空航天大學郭林教授和劉利民教授研究團隊合作,報道了一種類銅鐵礦結構材料的設計合成及電催化特性。研究成果以“電化學原位自重構誘導制備銅鐵礦類似物作為析氧反應催化劑(Achieving Delafossite Analog by in-situ Electrochemical Self-Reconstruction as An Oxygen-evolving Catalyst)”為題,于2020年8月27號在線發表于《美國科學院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America)。論文鏈接為:https://www.pnas.org/content/early/2020/08/25/2009180117。

      高效析氧反應(OER)電催化劑材料的設計與制備是燃料電池、電解水等能量存儲與轉化技術實現突破的核心點之一。層狀材料催化劑具有獨特的結構特征,受到廣泛關注。銅鐵礦層狀材料由于其不良的導電性和固有活性,限制了其在電催化領域的應用。

      該團隊結合銅鐵礦和羥基氧化物兩種層狀結構的特點,通過理論模擬指導,將銀(Ag)插層在Co/FeO6八面體層間,設計合成了一種新型的類銅鐵礦結構。有別于傳統的銅鐵礦結構,這種新型的結構具有獨特的電子構型,不僅能夠調制電子結構,提高導電性,而且具有優化的OER能量學路徑?;谠撾娮訕嬓偷拇呋瘎┦且环N理想的催化劑。

      該團隊發展了一種原位電化學自重構策略,通過電壓誘導的離子溶解-再沉淀,將亞穩態非晶鈷鐵氫氧化物負載銀納米顆粒復合物作為前驅體,轉化為非晶態的類銅鐵礦活性物質。該類銅鐵礦結構的催化劑材料在OER電催化過程中表現出優異的活性(電流密度為10 mA cm-2時的過電位為220 mV)和良好的耐久性(在300 h的恒電流測試中工作電位保持穩定)。

      該工作提出了通過結構設計和改性,挖掘傳統材料應用的新方法,為設計新型催化材料開辟了新的思路。




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