王雙印教授課題組在電催化劑設計研究方面取得重要進展(圖文)

通訊員：發布時間：2016-05-30 浏覽量：次

創建于:2016-05-29 來源:化工院記者: 宣傳部通訊員: 窦爍浏覽量 30 人

我校化學生物傳感與計量學國家重點實驗室、2003网站太阳集团王雙印教授課題組在電催化氧還原（ORR）和氧析出（OER）方面的研究取得重要進展。該課題組通過等離子體技術對材料表面進行改性處理從而明顯提高了材料的氧氣催化行為。最近，該項工作的兩項研究成果分别發表于化學領域頂級期刊《德國應用化學》（Angew. Chem., 2016, 128, 5363.IF=13.46）和能源環境領域頂級期刊《能源與環境科學》（ Energy Environ. Sci., 2016, 9, 1320. IF= 20.523）。

随着當今世界傳統化石能源的過量消耗，新一代可更新能源例如燃料電池、金屬空氣電池和水分解器件等受到了人們越來越多的關注。電化學ORR和OER為新一代可更新能源技術中的兩個最為重要的過程。制備低廉高效的電催化劑成為了近年來研究者們一直緻力追尋的目标。

王雙印課題組通過等離子體技術對非貴金屬催化劑的表面進行改性，以簡單高效的方式提升了催化劑的電化學性能。首先，該課題組徐磊等同學通過等離子體雕刻技術設計了一個基于Co₃O₄的OER催化劑，等離子體雕刻不僅增加了材料的比表面積，而且還能在Co₃O₄的表面産生更多的氧空位。高的比表面積保證了Co₃O₄表面具有更多的氧析出催化活性位點，在Co₃O₄表面産生的氧空位既提高了材料的導電性又在OER中提供了更多的缺陷。與原始的Co₃O₄相比較，等離子體雕刻過的Co₃O₄具有更高的電流密度和更低的起始電位。在1.6 V的電壓條件下，用等離子體雕刻過的Co₃O₄納米片的電流密度是未經處理的Co₃O₄納米片的10倍。

另一方面，該課題組利用氨氣等離子體對催化劑同時進行表面刻蝕和摻雜，制備出具催化ORR和OER的雙功能催化劑。通過氨氣等離子處理Co₉S₈納米顆粒負載的石墨烯（Co₉S₈/G），氮元素成功的摻雜于Co₉S₈和石墨烯的晶格中，不僅如此，在Co₉S₈和石墨烯的表面也會産生部分刻蝕。雜原子的摻雜可以有效調節Co₉S₈和石墨烯的電子結構；而表面的刻蝕可以使催化劑暴露出更多的催化活性位點，通過這些手段使獲得的高活性雙功能電催化劑展示出與商業化Pt/C相近的ORR催化性能，以及優于RuO₂的OER催化性能。