吳明在教授課題組在高性能催化和儲能材料設(shè)計制備方面取得重要進(jìn)展
??? 近日，我院吳明在教授課題組和香港城市大學(xué)支春義教授課題組，香港理工大學(xué)華濤教授課題組，以及美國阿克倫大學(xué)彭振猛教授課題組合作，分別在高性能催化和儲能材料設(shè)計與制備方面取得重要進(jìn)展。相關(guān)研究成果分別以“Monodisperse Co9S8?nanoparticles in situ embedded within N, S-codoped honeycomb-structured porous carbon for bifunctional oxygen electrocatalyst in a rechargeable Zn-air battery”, ?“Binder-free bonding of modularized MXene thinfilms into thick film electrodes for on-chip microsupercapacitorswith enhanced areal performancemetrics”, 以及“Computation-Guided Development of Platinum Alloy Catalyst for Carbon Monoxide Preferential Oxidation”為題，分別在線發(fā)表于自然雜志子刊《NPG Asia Materials》，英國皇家化學(xué)會雜志《Journal of Materials Chemistry A》，以及美國化學(xué)會雜志雜志《ACS Catalysis》上。
論文鏈接分別為：
https://www.nature.com/articles/s41427-018-0063-0;
該項(xiàng)研究工作基于從自然界蜂巢結(jié)構(gòu)獲取的靈感，設(shè)計制備了一種N，S共摻雜蜂窩狀多孔碳骨架原位封裝Co9S8納米顆粒的雙功能電催化劑（Co9S8/NSC）。受益于合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計和適當(dāng)?shù)牟牧线x擇，這種雙功能電催化劑在堿性電解液中不僅表現(xiàn)出優(yōu)異的可以媲美商業(yè)化Pt/C催化劑的ORR催化活性（半波電位0.88 V vs RHE），同時也展現(xiàn)出良好的接近商業(yè)IrO2催化劑的OER催化活性。因此，基于此Co9S8/NSC雙功能電催化劑進(jìn)一步組裝制備的可充電鋅空氣電池表現(xiàn)出較小的充/放電過電位，較高的電流效率以及良好的長期循環(huán)穩(wěn)定性。這種普適的合成方法為商業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)低成本的雙功能電催化劑提供了新的思路。
http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2018/ta/c8ta04737e/#!divAbstract;
近年來， MXene二維片層材料，憑借其良好的機(jī)械性能，高電導(dǎo)率，高體積比電容以及有利于離子插層的層狀結(jié)構(gòu)，一直是儲能材料領(lǐng)域的研究重點(diǎn)，非常有希望作為高比電容電極材料應(yīng)用于平面微型超級電容器的設(shè)計與制備當(dāng)中。然而，如何制備MXene厚層薄膜電極并以其構(gòu)筑平面微型插指電極一直是實(shí)現(xiàn)MXene基平面微型超級電容器的難點(diǎn)。該研究工作巧妙地基于拉普拉斯方程，利用彎曲液面附加壓強(qiáng)，展示了一種基于純水溶液的MXene薄膜電極粘結(jié)技術(shù)，制備了厚度可調(diào)的MXene厚層薄膜電極。并利用激光切割技術(shù)，快速有效地制備了高面電容密度的MXene基平面微型超級電容器（71.16 mF cm-2）。該工作對高能量密度的全MXene基平面微型平面超級電容器的設(shè)計與制備具有重要的借鑒意義。
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.8b00154
在富氫氣流中的一氧化碳優(yōu)先氧化反應(yīng)(Carbon monoxide preferential oxidation，CO PROX)是一種很有前途的氫氣純化技術(shù)。開發(fā)出具有高活性以及高選擇性的催化劑是該技術(shù)得以實(shí)際應(yīng)用的關(guān)鍵所在?；诖?，該研究工作首先在鉑系合金催化劑體系上進(jìn)行了CO PROX催化反應(yīng)的密度泛函理論模擬，建立了催化劑參數(shù)與催化性能之間的理論關(guān)系，并進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)了一個有趣的在CO PROX活性和選擇性之間的性能妥協(xié)關(guān)系?；诖诵阅芡讌f(xié)關(guān)系的發(fā)現(xiàn)，該研究工作進(jìn)一步選擇了Pt-Ni和Pt-Mn納米顆粒催化劑進(jìn)行了合成，并對它們的性能進(jìn)行了測試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與密度泛函理論模擬計算結(jié)果得以吻合，驗(yàn)證了理論計算結(jié)果的正確性。該研究工作利用模擬理論計算指導(dǎo)的方法來設(shè)計和制備催化劑將對CO PROX反應(yīng)高活性以及高選擇性催化劑的開發(fā)以及促進(jìn)CO PROX反應(yīng)研究具有重要科學(xué)意義。
以上所有研究工作均得到了安徽省杰出青年基金、安徽省國際合作基金、國家自然科學(xué)基金等有關(guān)項(xiàng)目的支持。
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