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非貴金屬ORR催化劑研究獲重要進(jìn)展

更新時(shí)間:2018-11-21點(diǎn)擊次數(shù):3105

據(jù)哈爾濱工業(yè)大學(xué)新聞網(wǎng)報(bào)道:近日,哈工大化工與化學(xué)學(xué)院王振波教授課題組在質(zhì)子交換膜燃料電池氧還原反應(yīng)非貴金屬催化劑研究領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。研究成果“單原子分散的錳基催化劑應(yīng)用于質(zhì)子交換膜燃料電池氧還原反應(yīng)”(Atomically dispersed manganese catalysts for oxygen reduction in proton-exchange membrane fuel cells)發(fā)表在期刊《自然-催化》(Nature Catalysis)上。該論文報(bào)道了在酸性介質(zhì)中催化活性與穩(wěn)定性兼?zhèn)涞腗nN4催化活性位點(diǎn),為非貴金屬催化劑的研究開辟了新的方向。該項(xiàng)研究由哈爾濱工業(yè)大學(xué)與美國紐約州立大學(xué)布法羅分校武剛教授合作完成,作者為哈工大2015級博士生李加展和紐約州立大學(xué)布法羅分校博士生陳夢杰,王振波教授與武剛教授為共同通訊作者,哈爾濱工業(yè)大學(xué)為通訊單位。

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高性能(活性、穩(wěn)定性)非貴金屬催化劑的研究制備是實(shí)現(xiàn)燃料電池技術(shù)大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵,也是該領(lǐng)域面臨的難題。Fe-N-C催化劑是目前活性hao的非貴金屬催化劑,但仍然面臨穩(wěn)定性差的問題,而鐵離子的Fenton效應(yīng)進(jìn)一步限制了其實(shí)際應(yīng)用。該項(xiàng)研究另辟蹊徑,采用化學(xué)摻雜和物理吸附相結(jié)合的兩步法逐步提高M(jìn)OF衍生的氮摻雜納米碳載體活性位點(diǎn)的密度,制備了高活性與高穩(wěn)定性兼?zhèn)涞膯卧臃稚⒌腗n-N-C催化劑。其催化活性與傳統(tǒng)的Fe-N-C催化劑相當(dāng)(0.8 V vs. RHE),但具有更加優(yōu)異的穩(wěn)定性。同時(shí),燃料電池中的測試結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)了Mn-N-C催化劑的應(yīng)用前景。原子級分辨率的STEM和X-射線吸收光譜證實(shí)單原子分散的MnN4為主要的催化活性位點(diǎn),DFT理論計(jì)算進(jìn)一步研究了該活性位點(diǎn)的催化路徑與反應(yīng)機(jī)理。該研究從實(shí)踐和理論兩個(gè)層面上證實(shí)了錳基催化劑的活性與穩(wěn)定性,為高性能催化劑的研究制備開辟了新的方向。

據(jù)悉,王振波教授入選2017年科技部中青年科技創(chuàng)新人才、黑龍江省“龍江學(xué)者”特聘教授;連續(xù)4年(2014-2017)入選Elsevier中國高被引科學(xué)家。多年來,他一直從事能源轉(zhuǎn)化與存儲(chǔ)相關(guān)領(lǐng)域研究,在低溫燃料電池催化劑、鋰電池正極材料、鋰(鈉)離子混和電容器等領(lǐng)域取得一系列高水平研究成果;在高水平期刊發(fā)表SCI論文150多篇,SCI收錄論文他引3600次以上,H因子36;申請國家發(fā)明專li63項(xiàng),其中授權(quán)26項(xiàng)。

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