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　　工學(xué)院郭少軍課題組在Nature子刊上應(yīng)邀發(fā)表綜述論文

　　迫于能源危機(jī)和環(huán)境污染等問題，人類文明的可持續(xù)發(fā)展迫切需要開發(fā)可再生的清潔能源。燃料電池是轉(zhuǎn)換清潔能源的最理想裝置，然而其廣泛使用卻受制于高昂的鉑催化劑催化陰極氧氣還原反應(yīng)(Oxygen reduction reaction, ORR)。研究表明，調(diào)控鉑基合金的微觀結(jié)構(gòu)可有效提高其催化效率。近日，北京大學(xué)工學(xué)院郭少軍">郭少軍課題組在前期工作基礎(chǔ)上(Science 2016, 354, 6318; Nat. Commun. 2016, 7, 11850; Adv. Mater. 2017, online; Angew Chem. 2017, online; Adv. Mater. 2016, 28, 10117; Sci. Adv. 2017, 3, e1601705; Adv. Energy Mater. 2017, 7, 2073; Adv. Mater. 2015, 27, 7204; Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 3465; J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 13879 )，受Nature Reviews Materials邀請(qǐng)撰寫了關(guān)于“晶格應(yīng)力調(diào)控多金屬材料電催化性能”的綜述文章，發(fā)表在Nature Reviews Materials (2017, 2: 17059)。

　　經(jīng)典電催化理論表明，優(yōu)異的ORR催化劑須具備比較適中的氧結(jié)合能，而控制催化劑表面的應(yīng)力則是調(diào)控其氧結(jié)合能的有效方式之一。如圖1所示，當(dāng)金屬表面被壓縮或拉伸時(shí)，其d帶中心位置會(huì)有相應(yīng)的改變，從而影響其對(duì)氧氣或含氧中間體的吸附鍵能。目前，可通過多種實(shí)驗(yàn)手段實(shí)現(xiàn)金屬表面的應(yīng)力調(diào)控：(1)制備核殼結(jié)構(gòu)型金屬催化劑。該結(jié)構(gòu)存在的金屬界面將對(duì)晶格常數(shù)較大的金屬產(chǎn)生壓縮應(yīng)力，而對(duì)晶格常數(shù)較小的金屬產(chǎn)生拉伸應(yīng)力;(2)制備孿晶金屬催化劑。相比于單晶結(jié)構(gòu)，孿晶具有獨(dú)特的晶界以緩解過高的比表面能，也將同時(shí)改變其表面的應(yīng)力分布。(3)通過引入外力。如采用電極材料在嵌入/脫出時(shí)產(chǎn)生的膨脹/壓縮現(xiàn)象，對(duì)其表面的金屬催化劑引入應(yīng)力。

　　本綜述首先簡(jiǎn)介了晶格應(yīng)力的概念，列舉了目前調(diào)控和量化多金屬納米晶中應(yīng)力的手段，討論了應(yīng)力對(duì)氧還原反應(yīng)中間體吸附強(qiáng)度的影響規(guī)律，介紹了典型的通過納米技術(shù)調(diào)控應(yīng)力的方案，從而實(shí)現(xiàn)催化性能的提升，最后對(duì)該領(lǐng)域未來的發(fā)展方向做了展望。應(yīng)力效應(yīng)是目前已知有效且可控的催化性能調(diào)控手段之一。相比于協(xié)同效應(yīng)和電子效應(yīng)，應(yīng)力效應(yīng)的作用范圍更廣，從而能長(zhǎng)期存在于電催化劑復(fù)雜的運(yùn)行環(huán)境中，具有很高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。該綜述為新型高效ORR電催化劑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了理論基礎(chǔ)和實(shí)驗(yàn)參考，從而推進(jìn)燃料電池的商業(yè)化進(jìn)程。

　　該論文的第一作者是郭少軍">郭少軍課題組博士后駱明川，郭少軍">郭少軍為通訊作者。該工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和青年項(xiàng)目等項(xiàng)目的支持。

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