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工學(xué)院侯仰龍課題組在石墨烯能源材料方向取得重要進(jìn)展

作者:學(xué)歷在線(xiàn)網(wǎng) 來(lái)源:學(xué)歷在線(xiàn)網(wǎng) 上傳時(shí)間:2019-12-10 16:53:03

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  工學(xué)院侯仰龍課題組在石墨烯能源材料方向取得重要進(jìn)展

  近日,工學(xué)院材料科學(xué)與工程系侯仰龍">侯仰龍教授課題組在面向能源轉(zhuǎn)化與存儲(chǔ)的石墨烯基復(fù)合材料方向取得一系列重要進(jìn)展。

  隨著化石燃料的枯竭,燃料電池和鋰離子電池等新能源因其高能量密度成為非常有前景的清潔的替代能源。石墨烯獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)使其在能源轉(zhuǎn)化和儲(chǔ)存領(lǐng)域具有引人注目的應(yīng)用潛力。燃料電池的陰極氧還原反應(yīng)(O2 +4e- → 4OH-)通常需要貴金屬催化劑來(lái)催化。侯仰龍">侯仰龍課題組最新設(shè)計(jì)合成了氮化鐵納米顆粒和三維石墨烯氣溶膠的復(fù)合材料,并且在堿性條件下表現(xiàn)出了和商用Pt/C催化劑相比擬的催化活性,同時(shí)具有比Pt/C更優(yōu)秀的穩(wěn)定性和催化選擇性。其優(yōu)秀的催化性能加之低廉的價(jià)格使其很有可能取代昂貴的Pt基催化劑應(yīng)用在燃料電池中。該研究成果“氮化鐵和氮摻雜石墨烯氣溶膠復(fù)合材料作為氧還原反應(yīng)協(xié)同催化劑” (“Hybrid of Iron Nitride and Nitrogen-Doped Graphene Aerogel as Synergistic Catalyst for Oxygen Reduction Reaction”)近期發(fā)表在國(guó)際著名刊物Advanced Functional Materials。

  此外,核殼結(jié)構(gòu)的Co3Sn2@Co納米粒子和氮摻雜石墨烯復(fù)合物也可用作新型高性能鋰離子電池負(fù)極材料,通過(guò)Co殼層的包覆和石墨烯優(yōu)異的機(jī)械性能大大增強(qiáng)了Sn基鋰離子電池負(fù)極材料的穩(wěn)定性。該電極材料的容量在250 mA/g的電流下達(dá)到了1615 mAh/g,并且在充放電循環(huán)100次后容量維持在102%, 展示出極其重要的應(yīng)用潛力。 該研究成果 “Co3Sn2@Co納米顆粒與氮摻雜石墨烯復(fù)合材料作為鋰離子電池負(fù)極材料”發(fā)表于納米材料領(lǐng)域的著名雜志ACS Nano。

  該工作第一作者分別為工學(xué)院材料系10級(jí)本科生尹涵和11級(jí)博士研究生Nasir Mahmood。研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、北京市自然科學(xué)基金和國(guó)家大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃等項(xiàng)目的資助。

  最近,侯仰龍">侯仰龍教授還在Journal of Material Chemistry A應(yīng)邀發(fā)表了封面論文“石墨烯基復(fù)合材料在鋰電池、超級(jí)電容器和燃料電池等能源轉(zhuǎn)化和存儲(chǔ)領(lǐng)域中的應(yīng)用”。該綜述文章系統(tǒng)回顧了石墨烯及其衍生物在能源存儲(chǔ)(鋰離子電池,鋰空氣電池,鋰硫電池和超級(jí)電容器)和轉(zhuǎn)化(燃料電池陰極氧還原反應(yīng))的應(yīng)用,總結(jié)了石墨烯基能源材料的設(shè)計(jì)原則和面臨的挑戰(zhàn),展望了石墨烯能源材料的發(fā)展前景。

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