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工學(xué)院鄒如強(qiáng)課題組在多孔能源材料研究方面取得重要進(jìn)展
氧還原反應(yīng)是燃料電池、鋰-空氣電池等電化學(xué)儲(chǔ)能裝置中涉及的一個(gè)重要反應(yīng)。該過程通常需要貴金屬鉑催化劑來催化進(jìn)行,但是鉑儲(chǔ)量少,價(jià)格昂貴,開發(fā)廉價(jià)的非貴金屬催化劑成為了當(dāng)今的研究熱點(diǎn)。目前研究的非貴金屬催化劑普遍面臨催化活性低的缺點(diǎn),尤其是在酸性條件下。鄒如強(qiáng)">鄒如強(qiáng)課題組最新設(shè)計(jì)合成了具有微納尺寸的金屬-有機(jī)骨架材料,通過簡(jiǎn)單的處理,將之轉(zhuǎn)換為鈷、氮共摻雜的碳納米顆粒。其具有高的表面積和豐富的微孔結(jié)構(gòu),在酸性和堿性條件下都表現(xiàn)出優(yōu)良的催化活性和穩(wěn)定性。另外,鄒如強(qiáng)">鄒如強(qiáng)課題組還深入研究了氧還原催化劑結(jié)構(gòu)對(duì)性能的影響,通過對(duì)催化劑孔道結(jié)構(gòu)優(yōu)化進(jìn)一步提高了氧還原催化活性。相關(guān)研究成果“A metal–organic framework route to in situ encapsulation of Co@Co3O4@C core@bishell nanoparticles into a highly ordered porous carbon matrix for oxygen reduction”和“Well-defined carbon polyhedrons prepared from nano metal–organic frameworks for oxygen reduction”近期分別以封面論文形式發(fā)表在國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊《Energy & Environmental Science》和《Journal of Materials Chemistry A》。該工作不僅為金屬-有機(jī)骨架材料的合成與運(yùn)用開辟了新的方向,而且為電化學(xué)催化劑的制備提供了新的思路,受到審稿人的高度評(píng)價(jià)。這兩個(gè)工作的第一作者均為北京大學(xué)工學(xué)院材料系11級(jí)博士研究生夏威。
另外,鄒如強(qiáng)">鄒如強(qiáng)課題組基于金屬-有機(jī)骨架材料設(shè)計(jì)合成了新型多孔碳包覆CoS2納米顆粒復(fù)合結(jié)構(gòu),可用作高性能鋰離子電池負(fù)極材料。復(fù)合結(jié)構(gòu)中多孔碳層的保護(hù)作用及內(nèi)部CoS2納米顆粒對(duì)材料體積膨脹的良好適應(yīng)性,大大增強(qiáng)了材料的電池循環(huán)穩(wěn)定性。電池測(cè)試結(jié)果表明,在100mA g-1的充放電電流密度下,經(jīng)過50圈充放電循環(huán)材料的質(zhì)量比容量依然保持為560mAh g-1;在高電流密度(2500mA g-1)下充放電循環(huán)50圈后,其質(zhì)量比容量仍可達(dá)410mAh g-1。相關(guān)成果“Facile Synthesis of Ultrasmall CoS2 Nanoparticles within Thin N-Doped Porous Carbon Shell for High Performance Lithium-Ion Batteries”近期發(fā)表在國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊《Small》上,并被選作當(dāng)期的Frontispiece。該工作發(fā)表后立即被Wiley出版社的MaterialsViewsChina網(wǎng)站作為新聞報(bào)道。論文的第一作者為北京大學(xué)工學(xué)院材料系12級(jí)博士研究生王晴飛。
上述研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、北京市科技新星計(jì)劃、教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計(jì)劃、優(yōu)秀青年科學(xué)基金等項(xiàng)目的支持。
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