華東師大化學與分子工程學院在電催化制氫領域取得重要進展

2020-12-05 上海新聞網

　　中新網上海新聞12月5日電 近日，華東師大化學與分子工程學院上海市綠色化學與化工過程綠色化重點實驗室特聘教授施劍林院士與青年教師陳立松博士在有機物輔助電催化析氫領域取得重要進展。研究成果以「Nickel-molybdenum nitride nanoplate electrocatalysts for concurrent electrolytic hydrogen and formate productions」為題發表在《自然•通訊》(Nature Communications)上(Nat. Commun, 2019, 10, 5335)。

　　氫氣因具有能量密度高、清潔高效等諸多優點而被譽為未來最有前景的能源載體。電解水制氫技術可以將難以併網利用的電能轉化為氫氣，具有能量轉化效率高、產氫速率快、氫氣純度高等優勢，是目前製備高純氫氣的最理想方案之一。 然而，電催化制氫面臨著陽極析氧反應(OER)動力學緩慢，產生的氧氣附加值較低等問題，且存在與陰極產生的氫氣混合而發生爆炸的危險。

　　針對上述問題，施劍林院士與青年教師陳立松博士團隊提出在電解液中加入廉價有機物，以有機物的氧化反應取代OER過程。有機物輔助電催化析氫，不僅解決了電解過程中陽極過電位大的問題，還能得到高附加值產品。課題組經過深入探索，研製了一種新型電催化劑—Ni-Mo-N/CFC納米片，該材料可以同時作為甘油輔助電催化析氫電解池的陰極和陽極催化劑，高效率實現了電催化生產高純氫氣和高附加值的甲酸鹽。

　　在前期電催化析氫的研究過程中，該團隊提出了「降低OER過電位」(開發高效催化劑，降低OER過電位；ACS Catal., 2018, 8, 3688-3707；J. Mater. Chem. A 2017, 5, 22568-22575)，「取代OER過程」(以甲醇等易被氧化物質的氧化過程取代OER過程；ACS Appl. Mater. Interfaces 2018, 10 39002-39008；ACS Appl. Mater. Interfaces 2018, 10, 25422-25428)的策略。在此基礎上，課題組提出了「利用OER過電位」的思路，建立了將附加值較低的有機物轉化為附加值較高產品的「有機物輔助析氫法」(J. Mater. Chem. A 2018, 5, 13538-13548)。在最新研究工作中，基於過渡金屬基氮化物具有較低電阻和較高機械穩定性的優點，課題組通過水熱法在碳纖維布上生長了鎳鉬化合物NiMo-Pre/CFC，而後通過高溫氮化得到鎳鉬氮化物(Ni-Mo-N/CFC)。電化學實驗表明，以甘油為輔助物，Ni-Mo-N/CFC催化劑在陽極可將甘油氧化生成高附加值的甲酸鹽，同時提供電子促進水分解生產氫氣。當Ni-Mo-N/CFC同時作為電解池的陰極和陽極催化劑時，達到10mA cm-2電流密度僅需要1.36 V電壓，比純水分解所需電壓低0.260 V。在該體系中，氫氣和甲酸鹽生產的法拉第效率可高達99.7%和95.0%。有機物輔助電催化析氫策略顯著降低了電催化制氫的能耗，得到了高附加值陽極產物，避免了氫氧混合可能發生的爆炸危險。基於上述優勢，課題組的研究策略對於可再生能源發展提供了新思路，有望進一步發展成為一種高效節能，具有潛在應用前景的新技術。

　　華東師大博士研究生李妍、魏新發為論文共同第一作者，施劍林院士與陳立松博士為論文共同通訊作者，何鳴元院士為研究工作開展提供了重要指導。華東師範大學為論文第一作者單位。該研究得到了國家自然科學基金、上海市揚帆計劃、國家博士後科研基金以及高性能陶瓷與超微結構國家重點實驗室開放項目的資助。

　　論文連結：https://www.nature.com/articles/s41467-019-13375-z


註：請在轉載文章內容時務必註明出處!   

編輯：陳靜  

相關焦點

  • 華東師範大學電催化制氫研究獲重要成果—新聞—科學網
    華東師大化學與分子工程學院上海市綠色化學與化工過程綠色化重點實驗室特聘教授施劍林院士與青年教師陳立松博士在有機物輔助電催化析氫領域取得重要進展。
  • 華東師大青年學者在超分子光化學領域取得重要進展
    華東師大化學與分子工程學院徐林教授課題組和物理與電子科學學院、精密光譜科學與技術國家重點實驗室孫海濤研究員課題組跨學科合作研究在超分子光化學領域取得重要進展，相關研究成果在國際化學領域頂級期刊《美國化學會志》上發表。
  • 華東師範大學青年學者在超分子光化學領域取得重要進展
    【點擊右上角加'關注'，全國產經信息不錯過】華東師大化學與分子工程學院徐林教授課題組和物理與電子科學學院、精密光譜科學與技術國家重點實驗室孫海濤研究員課題組跨學科合作研究在超分子光化學領域取得重要進展，相關研究成果在國際化學領域頂級期刊《美國化學會志》上發表。
  • 廉價電催化水分解研究領域取得重要進展催化效率大幅提高
    作為一種重要的可持續新能源技術，開發高效、廉價的水分解電催化劑受到廣泛關注。記者13日從中南大學獲悉，中南大學材料科學與工程學院劉小鶴教授團隊在廉價電催化材料領域取得了系列進展，《先進功能材料》《應用催化B:環境》等國際權威期刊連續發表了該團隊最新研究成果。 　　氫能是最具前景的清潔能源之一，電解水產氫是目前較為理想的制氫技術。然而，這項技術的廣泛應用一直被高價的貴金屬催化劑所制約，亟待尋找廉價的高性能電催化劑替代貴金屬催化劑。
  • 哈工大《Angew》：電解水制氫領域取得重要進展
    近日，哈爾濱工業大學特種化學電源研究所團隊在單原子Pt電解水制氫領域取得重要進展，實現了利用醯胺基團(N-C=O)的供電子效應來調節單個原子Pt的電子結構的策略，並表現出優越的電解水制氫性能。（聚乙烯吡咯烷酮協同單原子位點Pt催化劑具有較高的析氫活性）」為題發表在國際化學頂級期刊《Angewandte Chemie International Edition》（影響因子12.959），並被選為「Hot Paper」。高雲智教授為文章第一通訊作者，博士生李燦為第一作者，本工作由國家自然科學基金重點項目(Grant No. 21433003)支持。
  • 哈工大在單原子Pt電解水制氫領域取得重要進展
    近日，哈爾濱工業大學特種化學電源研究所團隊在單原子Pt電解水制氫領域取得重要進展，實現了利用醯胺基團(N-C=O)的供電子效應來調節單個原子Pt的電子結構的策略，並表現出優越的電解水制氫性能。（聚乙烯吡咯烷酮協同單原子位點Pt催化劑具有較高的析氫活性）」為題發表在國際化學頂級期刊《Angewandte Chemie International Edition》（影響因子12.959），並被選為「Hot Paper」。
  • 華東理工大學在超分子化學組裝調控化學發光領域取得新進展
    近日，華東理工大學化學與分子工程學院、費林加諾貝爾獎科學家聯合研究中心曲大輝教授課題組在超分子化學調控化學發光的研究中取得了重要進展，相關研究成果以「Color-Tunable Single-Fluorophore Supramolecular
  • 華東師大在超分子光化學領域取得重要進展
    近期，華東師範大學化學與分子工程學院徐林教授課題組和物理與電子科學學院、精密光譜科學與技術國家重點實驗室孫海濤研究員課題組跨學科合作研究在超分子光化學領域取得重要進展。因在光動力治療、光敏催化以及3D列印等領域的廣泛應用，新型光敏劑的開發倍受關注。光敏效率是衡量光敏劑性能的重要指標，提高光敏效率一直是該領域的研究熱點和難點。在π-共軛分子中通過共價有機合成引入多個重原子或增加大的π-共軛體系，從而促進自旋軌道偶合（SOC）和降低單線態三線態能極差(ΔEST)，是目前常用的提高光敏效率的策略。
  • 水分解制氫研究取得重要進展
    據新華社電  作為一種重要的可持續新能源技術，開發高效、廉價的水分解電催化劑受到廣泛關注。記者13日從中南大學獲悉，中南大學材料科學與工程學院劉小鶴教授團隊在廉價電催化材料領域取得了系列進展，《先進功能材料》《應用催化B：環境》等國際權威期刊連續發表了該團隊最新研究成果。    氫能是最具前景的清潔能源之一，電解水產氫是目前較為理想的制氫技術。
  • 西工大張健教授團隊:水分解制氫領域重要進展
    近日，西北工業大學理學院應用化學系張健教授團隊先後在光電/電催化水分解制氫催化材料的研究中取得重要進展，影響因子: 21.95）和化學領域頂級期刊德國應用化學（Angew. Chem.-Int. Edit.，影響因子：12.102）。
  • 中國石油大學（華東）吳明鉑團隊在電催化還原CO2取得新進展
    近日，中國石油大學（華東）吳明鉑教授領銜的新型碳材料團隊在高活性金屬氮碳材料電催化還原二氧化碳研究方面取得新進展。化學工程與技術專業2019級博士生王小珊為第一作者，新能源學院吳明鉑教授和化學工程學院寧匯副教授為共同通訊作者，中國石油大學（華東）為第一署名單位。
  • 中國石油大學吳明鉑團隊在電催化還原CO2領域取得新進展
    近日，中國石油大學（華東）吳明鉑教授領銜的新型碳材料團隊在高活性金屬氮碳材料電催化還原二氧化碳研究方面取得新進展。化學工程與技術專業2019級博士生王小珊為第一作者，新能源學院吳明鉑教授和化學工程學院寧匯副教授為共同通訊作者，中國石油大學（華東）為第一署名單位。
  • 華東師大在金屬有機框架（MOF）組裝領域取得系列重要進展
    近期，華東師範大學化學與分子工程學院博士後劉超與導師萬晶晶、餘承忠教授合作，在金屬有機框架（MOF）組裝領域取得系列重要研究進展。MOF是一類由金屬離子或團簇和有機配體連接而成的多孔晶體材料，具有優異的物理化學性質，在吸附分離、傳感、異相催化、能源轉化及藥物傳遞等眾多領域備受矚目。然而，具有單一結構與組分的MOF材料，由於其功能受到較大限制，無法滿足實際應用領域多元化與功能集成化的需求。
  • 華東師大在超分子光化學領域取得重要進展 —新聞—科學網
    華東師範大學化學與分子工程學院徐林教授和精密光譜科學與技術國家重點實驗室孫海濤研究員課題組跨學科合作研究，在超分子光化學領域取得重要進展。
  • 青島大學趙海光教授在太陽能光解水制氫領域取得重要進展
    近日，青島大學國家重點實驗室趙海光教授、韓光亭教授與加拿大國立科學研究院Federico，Rosei教授合作在太陽能光解水制氫領域取得重要進展，相關研究成果以「Efficient and Stable Hydrogen Evolution Based
  • 大連理工大學在高效光/電催化應用研究取得重要進展
    為探索新能源的可持續發展，基於光催化與電催化研究引起了學術界的廣泛關注。大連理工大學精細化工國家重點實驗室孫立成院士團隊的侯軍剛教授在該領域取得重要進展。在太陽能光催化分解水領域，如何提高光生載流子的定向移動，避免載流子複合，成為光催化體系中的關鍵科學問題。
  • 華東理工大學製備出新型太陽能光解水催化材料—新聞—科學網
    本報訊（記者黃辛）華東理工大學材料學院楊化桂課題組在太陽能光解水領域取得重要進展，成功製備出一種新型太陽能光解水催化材料。
  • 南昌航空大學航空功能材料課題組在機械振動催化研究方面取得重要進展
    近日，南昌航空大學航空功能材料課題組在機械振動催化研究方面取得重要進展，相關研究成果以《鈮酸鉀鈉基環境友好型壓電材料的振動催化作用：一種高效的相界催化劑》（Vibration catalysis of eco-friendly Na0.5K0.5NbO3-based piezoelectric: An efficient phase boundary catalyst）為題並以第一單位在線發表於
  • 國家納米科學中心在光催化制氫領域取得系列新進展
    近日，國家納米科學中心樸玲鈺研究員課題組在光催化產氫方面取得系列新進展，研究成果相繼發表於Nano Energy （2020, 67, 104287）、Nano Today太陽能作為人類取之不盡用之不竭的可再生能源（約4×1020 J / h），通過光催化過程，將其轉化為清潔高效的氫能，是解決上述問題的理想途徑，近幾十年來該領域的研究備受關注。
  • 國家納米科學中心在光催化制氫領域取得系列新進展
    近日，國家納米科學中心樸玲鈺研究員課題組在光催化產氫方面取得系列新進展，研究成果相繼發表於Nano Energy （2020, 67, 104287）、Nano Today（DOI: 10.1016/ j.nantod. 2020. 100968）及Angew. Chem.