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    我国学者在类铜铁矿材料设计方面取得进展

    日期 2020-09-09   来源:工程与材料科学部   作者:陈克新 熊杰  【 】   【打印】   【关闭

    图. 铜铁矿类似物的结构设计,形成机制及形貌、性能表征

      在818棋牌官网项目(批准号:51532001、51861130360)等资助下,北京航空航天大学郭林教授和刘利民教授研究团队合作,报道了一种类铜铁矿结构材料的设计合成及电催化特性。研究成果以“电化学原位自重构诱导制备铜铁矿类似物作为析氧反应催化剂(Achieving Delafossite Analog by in-situ Electrochemical Self-Reconstruction as An Oxygen-evolving Catalyst)”为题,于2020年8月27号在线发表于《美国科学院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America)。论文链接为:https://www.pnas.org/content/early/2020/08/25/2009180117。

      高效析氧反应(OER)电催化剂材料的设计与制备是燃料电池、电解水等能量存储与转化技术实现突破的核心点之一。层状材料催化剂具有独特的结构特征,受到广泛关注。铜铁矿层状材料由于其不良的导电性和固有活性,限制了其在电催化领域的应用。

      该团队结合铜铁矿和羟基氧化物两种层状结构的特点,通过理论模拟指导,将银(Ag)插层在Co/FeO6八面体层间,设计合成了一种新型的类铜铁矿结构。有别于传统的铜铁矿结构,这种新型的结构具有独特的电子构型,不仅能够调制电子结构,提高导电性,而且具有优化的OER能量学路径。基于该电子构型的催化剂是一种理想的催化剂。

      该团队发展了一种原位电化学自重构策略,通过电压诱导的离子溶解-再沉淀,将亚稳态非晶钴铁氢氧化物负载银纳米颗粒复合物作为前驱体,转化为非晶态的类铜铁矿活性物质。该类铜铁矿结构的催化剂材料在OER电催化过程中表现出优异的活性(电流密度为10 mA cm-2时的过电位为220 mV)和良好的耐久性(在300 h的恒电流测试中工作电位保持稳定)。

      该工作提出了通过结构设计和改性,挖掘传统材料应用的新方法,为设计新型催化材料开辟了新的思路。