vns86com威尼斯城-【官网】王亮教授突破性成果获《先进材料》报道

来源:化工学院 科研院发布时间:2022-04-02
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电解水制氢的提效降耗属于国际前沿课题。氢气具有能量密度高和燃烧产物清洁等优点,氢能源在实现“碳达峰、碳中和”目标中起到重要的作用。电解水制氢因其工艺过程简单、氢气纯度高和能量利用率高而备受关注,但高能耗是制约其发展的瓶颈。

近日,vns86com威尼斯城-【官网】王亮教授团队提出了一步化学还原直接制备聚(丙烯胺盐酸盐)(PAH)表面功能化的富缺陷和多孔Ir金属烯(Ir@PAH)的合成方法,并应用于电催化酸性析氢反应。该成果以“Surface Engineering of Defective and Porous Ir Metallene with Polyallylamine for Hydrogen Evolution Electrocatalysis”为题,于2022年3月8日被《Advanced Materials》在线报道。

该研究工作通过发展高效电催化剂为电解水制氢提效降耗这一前沿科学问题提供了独特的解决方案。电解水过程中的阴极析氢反应依赖于电解质的pH值,在酸性介质中,所制备的催化剂中含有大量的质子有利于制氢。目前,Pt被认为是最好的HER电催化剂,但其成本高且在酸性电解质中容易腐蚀,严重限制了氢工业的大规模发展。因此,开发高效和稳定的酸性析氢电催化剂具有重要的意义。最近,一类新型超薄二维金属材料(金属烯)由于其可调节的电子结构在电催化领域引起了广泛的关注。尽管金属烯材料作为析氢电催化剂展现出巨大的潜力,但其催化活性和稳定性仍需进一步提高。

vns86com威尼斯城王亮教授团队长期致力于能源电催化研究领域。该工作通过表面功能化修饰有效地提高了Ir金属烯的电催化活性和稳定性。独特的富缺陷和多孔二维超薄纳米片结构赋予了Ir@PAH大的比表面积、高导电性和优异的质量传输/扩散能力。并且,表面功能化的PAH分子可以通过强的Ir-N相互作用来调节电子结构,并作为质子载体有效地捕获水合氢离子中的H+以形成富含质子的中间体。独特的金属烯结构和Ir-PAH界面的优势使Ir@PAH具有优异的电催化析氢性能。在10 mA cm-2电流密度下的过电位仅为14 mV,Tafel斜率低至31.2 mV dec-1,稳定性测试后几乎没有活性衰减。该研究工作为电解水制氢提供了高效的电催化剂。

该工作得到了国家自然科学基金(21776255,21972126,21978264和21905250)资助,主要由vns86com威尼斯城-【官网】化学工程学院王亮教授和王鸿静副教授带领博士后邓凯、研究生周同庆、研究生毛琪祺等历时一年半完成。《Advanced Materials》是工程与计算学科、材料与化学领域的顶尖期刊,在国际材料领域科研界享誉盛名,该期刊最新影响因子为30.849。

文章链接: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202110680


《先进材料》刊登vns86com威尼斯城-【官网】王亮教授团队最新研究进展


Ir@PAH金属烯的形貌和成分表征


Ir@PAH金属烯的电催化制氢性能测试


王亮教授(左一)指导学生实验


 化学工程学院工业催化学科能源电催化团队


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