最近，國際頂尖材料類學術期刊《Advanced Functional Materials》（自然指數頂級期刊，影響因子12.124）在線發表了以我校化學化工學院劉寶倉副教授為第一作者、張軍教授和高瑞研究員為共同通訊作者的學術論文「Few Layered N, P DualDoped CarbonEncapsulated Ultrafine MoP Nanocrystal/MoP Cluster Hybrids on Carbon Cloth: An Ultrahigh Active and Durable 3D SelfSupported Integrated Electrode for Hydrogen Evolution Reaction in a Wide pH Range」，報導了張軍教授和高瑞研究員團隊合作在高效電催化劑的設計合成與電催化析氫（HER）性能調控方面的最新研究成果。這是我校首次以第一作者和通訊作者單位在該國際頂尖期刊上發表學術論文。
傳統的石油和化石能源的消費引起了能源短缺、全球氣溫變暖和環境汙染等問題，是當前人類所面臨的重大挑戰。在此背景下，以低能耗、低汙染為基礎的低碳經濟正成為全球關心和研究的熱點。氫氣作為一種高效清潔的二次能源載體，被認為是未來人類重要的清潔能源來源。因此，開發和利用無汙染的氫能源是實現低碳經濟的一種重要途徑。開發無汙染、低成本的制氫技術日益受到各國的高度關注。
近年來，基於電催化劑的析氫反應因其高效能受到了越來越多的研究。傳統的以貴金屬尤其是鉑為基礎的電催化劑具有很好的催化活性，但是其昂貴的價格和稀有性限制了他們的實際應用。近年來興起的過渡金屬磷化物作為一種高效、低廉的非貴金屬電催化劑，受到研究人員廣泛的關注。然而，該類材料通常是通過簡單的兩步法合成，在合成過程中缺乏對材料尺寸、形貌、結構和組成的有效控制，這會嚴重影響傳質效率並且減少活性位點的數目及活性位點的可接近性。因此，發展新型的合成方法，實現該類材料尺寸、形貌、結構和組成的可控，進一步提高其比表面積、活性位點暴露數目和傳質效率，進而實現該類催化劑的高活性和優異穩定性仍然是一個很大的挑戰。
針對上述問題，張軍教授團隊首次開發了一種新穎的合成策略，通過在碳纖維布表面電沉積聚苯胺膜、原位生長MoO3微米棒、高溫磷化等一系列過程（圖1），首次製備了N，P共摻雜的少層碳封裝的超細MoP納米晶/三維多孔MoP簇雜化三維自支撐型HER集成電極，該電極在寬pH範圍對HER展示出卓越的催化活性和穩定性。相對於傳統析氫反應電極，該電極展示出無法比擬的優勢：（1）少層N，P共摻雜碳可有效防止MoP納米晶團聚，促進電荷傳輸；（2）整體式三維多孔MoP微米簇可有效降低界面電荷阻力；（3）三維MoP微米簇開放納米孔隙有利於活性位點有效暴露，大大提高傳質效率；（4）少層碳層中均勻N，P摻雜降低其表面氫吸附吉布斯自由能，提供高效非金屬活性位點，加快析氫反應動力學。該研究提供了一種普適的方法，用於指導高效過渡金屬磷化物、氮化物、碳化物和硫族化合物整體式電極的設計和開發。
張軍教授團隊
論文以內蒙古大學為第一通訊單位，作者依次為劉寶倉副教授、李歡（2016級碩士研究生）、曹博（2016級碩士研究生）、姜佳寧（2015級本科生）、高瑞（特聘研究員，駿馬計劃B1崗引進高層次人才，通訊作者）、張軍教授（通訊作者）。該工作得到國家自然科學基金（21661023、21601096和內蒙古大學高層次人才啟動基金、內蒙古大學「駿馬計劃」高層次人才啟動基金）等項目的支持。
張軍教授團隊
此外，張軍教授團隊近期已在新型、高效催化劑的設計合成及其電催化應用研究方面取得了一系列高水平研究成果，相關研究成果在國際頂尖學術期刊（SCI一區TOP期刊）Small（Small 2017, 13, 1700092.），Chemical Communications （Chem. Commun., 2017, 53, 7457-7460.）和 Journal of Chemistry Materials A（J. Mater. Chem. A, 2018, DOI:10.1039/C8TA03196G；J. Mater. Chem. A, 2017, 5, 4868-4878；J. Mater. Chem. A 2017, 5, 18494-18501）等國際著名期刊上發表，引起國內外極大的關注。
圖文來源：內蒙古大學新聞網
圖文編輯：張濟爍
責任編輯：張海峰 賀如瑾