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我校清洁能源材料与器件团队取得系列重要研究进展

发布时间:2022-09-23 作者: 点击:[]

金秋送爽,丹桂飘香,在这个收获的季节,我院清洁能源材料与器件团队的博士们在刘献明教授的带领下,埋头苦干,奋发向上,也迎来了满满的收获。近期,该团队共发表8篇高质量论文,在锂/钠离子电池和电催化析氢领域取得系列研究进展。

一、在锂/钠离子电池领域,相关研究成果分别在国际知名期刊Chemical Engineering Journal (中科院一区,影响因子16.744)、Applied Surface Science(中科院一区,影响因子7.392)、Nanoscale(中科院二区,影响因子8.307)、Electrochimica Acta(中科院二区,影响因子7.336)和Dalton Transactions(中科院二区,影响因子4.569)上发表。洛阳师范学院为第一单位,刘献明教授为通讯作者。具体内容如下:

1. 刘贵龙博士通过金属有机框架(MOF)的原位拓扑转化过程构筑了具有丰富氧空位的锐钛矿-金红石异质结构,研究了MOF热解过程中各元素的迁移/转化规律;实验和DFT理论计算结果解释了锐钛矿-金红石的快速储锂/钠动力学,为异质结构和高活性电极材料的设计提供了借鉴。相关研究成果在Chemical Engineering Journal 2022, 430, 132689)上发表,文章链接:https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S1385894721042674

2. 刘贵龙博士通过自组装和碳化策略制备了分级球状Mo2C-MXene@MoO2@CDFT计算和实验结果表明,Mo2C-MXene和碳不仅调节了MoO2的电荷分布,削弱了Mo-O键,而且促进了Li+MoO2上的吸附,降低了Li+的迁移能垒,从而加速电化学动力学和电化学可逆性。MXene的引入增强了MoO2在离子插入和脱过程中的结构完整性,从而改善了电化学稳定性。该工作利用DFT计算和原位/非原位表征揭示了MoO2的电荷存储机理,为二次电池新型电极材料的合理设计提供了新的指导。相关研究成果在Applied Surface Science 2022, 597, 153688)上发表。文章链接:https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2022.153688

3. 郭东磊博士通过静电纺丝及随后的高温煅烧过程将Ni/Mo2C 杂化纳米粒子嵌入到多孔氮掺杂碳纳米纤维中 (Ni/Mo2C/NC)。密度泛函理论计算表明,Ni可以通过调节电子结构来激活Ni/Mo2C的界面形成界面电场,形成的界面电场可以提高杂化电极材料的本征电子电导率、降低Li吸附能和Li+扩散势垒,从而改善电子/锂离子的扩散动力学。相关研究成果在国际知名期刊 Nanoscale2022, Accepted Manuscript)上发表。文章链接:https://doi.org/10.1039/D2NR03832C

4. 郭东磊博士通过静电纺丝以及程序控温煅烧方法,可控制备了具有异质结构和氧缺陷的MoO2/Mo2C/C多孔碳复合纳米纤维。将Mo2CMoO2的物理化学性质结合,能够提高过渡金属氧化物MoO2的电子导电性和降低其Li+扩散势垒,进而提高了MoO2的电化学性能。相关研究成果在国际知名期刊Dalton Transactions2022, 51, 12620-12629)上发表。文章链接:https://doi.org/10.1039/D2DT01917E

5. 针对NaVPO4FNVPF)正极材料较差的电子导电性,郭东磊博士通过在NVPF中引入Cr3+构建丰富的氧缺陷。密度泛函理论计算和实验研究表明,合适的Cr掺杂和丰富的氧空位可以显著促进电子电导率和Na离子扩散动力学。受益于协同效应,优化后的 Cr -NVPF表现出优异的循环和倍率性能。相关研究成果在国际知名期刊 Electrochimica Acta 2022, 424, 140695)上发表。文章链接:https://doi.org/10.1016/j.electacta.2022.140695

二、在电催化析氢领域,李进博士取得一系列研究进展,研究成果分别在知名期刊Journal of Colloid and Interface Science(中科院一区,影响因子9.97)、Chemical Communications(中科院二区,影响因子6.06)和Catalysis Science & Technology(中科院二区,影响因子6.18)上发表。洛阳师范学院为第一单位,李进为第一作者,刘献明教授和毋乃腾副教授为通讯作者。

1. 通过简单的溶液蒸发法和热还原法在泡沫镍(NF)上制备多孔结构的Ni/MoO2异质结纳米棒自支撑电极,在碱性析氢反应中(HER),最佳电催化剂Ni/MoO2@NF-E在电流密度为10 mA cm-2时,可提供19 mV的极低过电位,并具备较小的塔菲尔斜率。另外,电解120小时或循环伏安5000次后,Ni/MoO2@NF-E还保持极佳的稳定性。实验和密度泛函理论结果表明,Ni/MoO2@NF-EHER性能增强应归因于Ni/MoO2纳米棒中的多孔结构提供了更多的催化活性位点,适度的氢吸附吉布斯自由能,以及协同效应。这项工作为开发碱性HER电催化剂提供了一条有效的途径。相关成果发表果在国际知名期刊Journal of Colloid and Interface Science上发表,文章链接为https://doi.org/10.1016/j.jcis.2022.07.118

2. 通过电子相互作用(EMSI)工程把Pt纳米颗粒固定在不锈钢网(SM)上,所制备的Pt@SM催化剂表现出优越的酸性HER电催化活性:在100 mA cm-2电流密度下,过电位为34 mVTafel斜率仅为 12.9 mV dec-1,在20 mV过电位时具有较高的质量活性(1.25 A mg-1Pt),以及优异的稳定性,甚至优于商业Pt/C催化剂。DFT计算结果显示出铂原子与铁原子具有很强的协同效应,显著促进酸析氢反应的动力学过程。这项工作提供了一种设计高效、稳定电催化剂的方法。相关研究成果在国际知名期刊 Chemical Communications上发表,文章链接为https://doi.org/10.1039/d2cc02988j

3. 基于金属与载体相互作用,利用水热法,在不锈钢网(SM)上制备了钠钨青铜(NaxWO3),然后通过原位还原法,成功建立了低负载量铂-钠钨青铜电催化剂。最佳的电催化剂Pt/R-NaxWO3@SM-170具有优异的催化性能,在0.5 M H2SO4中,HER-10-100 mA cm-2处有20 mV46 mV的低过电位,较低的Tafel斜率(18.6 mV dec-1),以及长期的稳定性。此外,在20 mV过电位时具有较高的质量活性(2.27 A mg-1Pt),比Pt/C0.21 A mg-1Pt)高10.8倍。实验和理论计算表明,PtR-NaxWO3之间的电子相互作用可以协同降低中间产物形成能垒,从而最大限度地提高Pt/R-NaxWO3@SM-170电催化剂的活性。 这项工作为设计合适的载体提供了一种简单的方法。相关研究成果在国际知名期刊Catalysis Science & Technology上发表,文章链接为https://doi.org/10.1039/d2cy00577h


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