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　　黃宏文教授課題組在能源轉(zhuǎn)換電催化領(lǐng)域取得系列進(jìn)展

　　近日，我校材料科學(xué)與工程學(xué)院黃宏文教授團(tuán)隊(duì)在能源轉(zhuǎn)換電催化領(lǐng)域取得系列進(jìn)展，研究成果分別發(fā)表在J. Am. Chem. Soc.、Nano Lett.、Appl. Catal. B Environ.、J. Mater. Chem. A、Nanoscale等國(guó)際權(quán)威化學(xué)和材料期刊上。

　　質(zhì)子交換膜燃料電池因其高的能量效率，零排放等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，在電動(dòng)汽車領(lǐng)域有重要的應(yīng)用前景，是學(xué)術(shù)界和工業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)。開(kāi)發(fā)出高活性與穩(wěn)定性的鉑基納米催化劑，從而減少貴金屬鉑的使用量，是促進(jìn)質(zhì)子交換膜燃料電池走向大規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵。近年來(lái)，研究人員發(fā)現(xiàn)將鉑與過(guò)渡金屬(例如，F(xiàn)e，Co，Ni)合金化是提高催化劑活性的有效方法。但在燃料電池工況下(強(qiáng)氧化性電極環(huán)境)，過(guò)渡金屬元素易于溶解析出，導(dǎo)致鉑基合金電催化劑的耐久性存在嚴(yán)重的不足，難以實(shí)際應(yīng)用于質(zhì)子交換膜燃料電池催化劑。

　　針對(duì)鉑基合金催化劑的耐久性問(wèn)題，黃宏文教授團(tuán)隊(duì)提出通過(guò)摻入p區(qū)金屬元素來(lái)構(gòu)筑強(qiáng)的p-d軌道雜化相互作用，從而抑制合金催化劑的組分的溶解析出，實(shí)現(xiàn)高的催化耐久性?；诰哂衟-d軌道雜化相互作用的PtGa超細(xì)合金納米線，團(tuán)隊(duì)結(jié)合實(shí)驗(yàn)證據(jù)和理論模擬計(jì)算證明了Pt與Ga之間的p-d軌道雜化的強(qiáng)相互作用是其高活性及耐久性的根本原因。此外，團(tuán)隊(duì)將Pt4.31Ga合金納米線作為陰極催化劑組裝成質(zhì)子交換膜燃料電池進(jìn)行單電池測(cè)試，結(jié)果表明其最大功率密度高于商用的Pt/C催化劑，證明了該催化劑在質(zhì)子交換膜燃料電池中的巨大應(yīng)用潛力。該項(xiàng)研究工作不僅發(fā)現(xiàn)了新的高效催化劑，而且為未來(lái)的高效催化劑的設(shè)計(jì)提供了新的設(shè)計(jì)方法。該研究工作以“Unconventional p-d Hybridization Interaction in PtGa Ultrathin Nanowires Boosts Oxygen Reduction Electrocatalysis”為題發(fā)表在《Journal of the American Chemical Society》(IF=14.695)上。論文的共同第一作者是湖南大學(xué)2018級(jí)博士研究生高磊和中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)的李星星博士，黃宏文教授為通訊作者，美國(guó)阿克倫大學(xué)彭振猛教授為共同通訊作者，論文第一單位是湖南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院。

　　此外，在高效電解水析氧(OER)催化劑方面，團(tuán)隊(duì)通過(guò)選擇性蝕刻電催化劑表面來(lái)合成部分非晶化的Ni-Fe LDH催化劑，實(shí)現(xiàn)其OER催化活性的大幅度提高，該成果發(fā)表在Nanoscale, 2019, 11, 18894–18899 (IF=6.97)。

　　在二氧化碳電催化還原領(lǐng)域，團(tuán)隊(duì)與中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)曾杰教授團(tuán)隊(duì)合作，通過(guò)DFT計(jì)算和電化學(xué)測(cè)試相結(jié)合證明了多孔In2O3納米帶與還原氧化石墨烯之間存在化學(xué)耦合效應(yīng)是其CO2電還原的電催化活性提高的本質(zhì)原因，該成果發(fā)表在國(guó)際納米領(lǐng)域權(quán)威期刊Nano Letters， 2019, 19, 6, 4029-4034 (IF=12.279)。

　　在高效產(chǎn)氫催化劑方面，團(tuán)隊(duì)與材料學(xué)院劉智驍助理教授及深圳大學(xué)曾昱佳教授合作，通過(guò)構(gòu)筑設(shè)計(jì)富缺陷一維分層結(jié)構(gòu)的MoS2催化劑，有效增強(qiáng)了電催化產(chǎn)氫的活性，該成果發(fā)表在催化領(lǐng)域權(quán)威期刊Applied Catalysis B: Environmental， 2019, 117964 (IF=14.229)。

　　在電化學(xué)合成氨方面(NRR)，團(tuán)隊(duì)與材料學(xué)院馬超教授及深圳大學(xué)曾昱佳教授合作，所合成出多重孿晶的Pd3Pb金屬間化合物納米線在電化學(xué)合成氨方面展示出高的法拉第效率和產(chǎn)率，該成果發(fā)表在材料化學(xué)領(lǐng)域的著名期刊

　　Journal of Materials Chemistry A, 2019, 7, 20247–20253 (IF=10.733)。

　　上述研究得到了中央高?；A(chǔ)研究經(jīng)費(fèi)和國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目的資助。

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