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会员风采|卢周广教授课题组发表能源电催化材料系列研究成果
时间:2018-03-05 16:47

 近日,我会专家——南方科技大学材料科学与工程系教授卢周广课题组在能源电催化材料领域取得系列突破,相关成果相继发表在材料领域权威期刊The Journal of Physical Chemistry Letters (影响因子:9.353)Small(影响因子:8.643)在线发表,论文题目分别为“Synergistic Effects of C/a-MoC and Ag for Efficient Oxygen Reduction Reaction”和“Synergistic Interlayer and Defect Engineering in VS2 Nanosheets toward Efficient Electrocatalytic Hydrogen Evolution Reaction”。

       锂空气电池直接利用空气中的氧气作为正极活性物质,具有极高的理论比能量密度(是锂离子电池的数十倍),同时具有原材料丰富和低成本等突出优点,被公认为下一代电动汽车的替代动力电源。高性能氧还原(ORR)和氧析出(OER)电催化材料是锂空气电池开发的瓶颈。虽然贵金属铂、钯具有优异的电催化性能,但成本高和储量低严重阻碍其大规模商业应用。因此,开发低成本、高效率、超稳定非贵金属电催化材料迫在眉睫。卢周广课题组和校物理系助理教授黄丽所在课题组基于深入理论分析,设计合成了C/ a-MoC /Ag三组元复合电催化剂,巧妙利用高度石墨化多孔碳矩阵的高导电性、a-MoC的稳定性、Ag纳米团簇的单分散性和优越氧吸附特点,Ca-MoCAg之间相互作用产生有效协同效应,使得C/ a-MoC/Ag复合催化剂具有可以与贵金属铂媲美的电化学氧还原性能。通过旋转圆盘电极测试了C/ a-MoC/Ag新型复合催化剂在碱性条件下的氧还原电催化性能(如图1),C/α-MoC/Ag的半波电势迁移到电势更正的位置(−0.145 V ),这表明氧分子还原性能由于C/α-MoCAg之间的协同作用得到了很大的提升。尽管Pt/C电极产生了更正的半波电势(-0.125V),但是C/α-MoC/Ag复合催化剂在-0.8V的质量传递限制电流密度相比Pt/C来说增长的斜率更大。更重要的是AgC/MoC/Ag中的含量仅为百分之6.7,相对于20%Pt/C来说极具有商业应用价值。为了进一步阐明C/α-MoC/Ag的协同效应,他们利用DFT理论研究了氧气分子在a-MoC(001)负载Ag纳米颗粒的吸附行为(图2),结果表明,相对于纯的a-MoC(001)面比较来说,少量Ag负载后,整个基地表面上氧气分子的活化能均大大降低(>0.28eV),充分说明了复合催化剂C/α-MoC/Ag三成分之间的有效协同效应。此研究为设计新一代价廉高效空气电池用电催化材料提供了新思路。该工作实验部分主要由卢周广课题组博士生曹鲁杰、博士生李泯婵和研究助理陶鹏鹏共同完成(共同第一作者),物理系助理教授黄丽完成了理论计算部分工作。卢周广和黄丽共同担任该论文的通讯作者。相关论文“Synergistic Effects of C/a-MoC and Ag for Efficient Oxygen Reduction Reaction”在线发表在The Journal of Physical Chemistry Letters2018, 9, 779-784. DOI10.1021/acs.jpclett.7b03347)上。

(论文链接:http://dx.doi.org/10.1021/acs.jpclett.7b03347


所合成三元复合电催化剂C/ a-MoC/Ag的电子显微镜形貌图()以及和商品化Pt/C点催化剂催化性能比较图()

 

氧气分子在Ag团簇负载的α-MoC (001)表面的吸附及氧气分子解离活化能曲线图

       在过去3年内,卢周广教授课题组还设计和合成了系列具有优异电催化活性的新型钴基非贵金属电催化剂(如图4),并揭示了其电催化机理,引起了关注。


高能量锂空电池用高效钴基氧还原和氧析出双功能电催化材料


层状VS2的结构和层间距宽化原理、以及电催化制氢性能

信息来源:南方科技大学2月科研新闻

促进会专家介绍

卢周广教授

南方科技大学材料科学与工程系

主要研究兴趣:纳米结构电极材料的设计、合成及其在能量储存与转化中的应用。研究重点是锂/钠离子电池和金属空气电池用新型电极材料和固态电解质材料的合成及电化学反应机理,微纳米化学电源器件的组装和应用。还有固体废弃物的循环回收以及其在制备新能源材料中的应用研究。

学术荣誉:

◆ 深圳市海外高层次人才孔雀计划B

2008-2009年度,富布赖特访问学者 (Fulbright Fellowship)

研究领域:

◆ 新型化学电源及储能技术

◆ 纳米电池材料及电化学反应机理

◆ 微纳能源材料及器件

◆ 固体废弃物资源化利用

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