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【守初心 担使命】《Science》刊发海南大学田新龙教授课题组最新研究成果

时间: 2019/11/15 15:50:00 来源:宣传部

本站讯(通讯员 任维钧 记者 余梦月)11月15日,国际顶级学术期刊《Science》以研究长文形式刊发了海南大学南海海洋资源利用国家重点实验室田新龙教授为第一作者的研究论文'Engineering bunched Pt-Ni alloy nanocages for efficient oxygen reduction in practical fuel cells'。海南大学为论文第一作者单位和第二合作单位,华中科技大学为第一通讯单位。



图1:铂镍合金结构、形貌和制备示意图


该文阐述了田新龙教授在高性能和高稳定性铂合金催化剂的最新研究成果,即通过对铂基催化剂的近表面结构和组分进行调控,实现高稳定性一维结构和高活性的合金空心结构等特征的有效结合,从而大幅改善了铂镍合金催化剂在实际氢-氧燃料电池器件中的输出功率和使用寿命。

当前,经济社会的高速发展使得开发新能源转换技术势在必行。氢能具有无污染和零碳排放等特点,是公认的清洁能源。近年来,我国和美国、日本、加拿大、欧盟等先后制定了氢能发展规划。我国有望成为氢能技术和应用领先的国家之一,也被国际公认为是最有可能率先实现氢燃料电池和氢能汽车产业化的国家。氧还原反应是氢氧燃料电池和金属-空气电池等新能源技术的核心反应,需要价格昂贵、资源稀缺的贵金属铂作为催化剂来克服较为迟缓氧还原反应动力学。因此,研发低成本、高活性和高稳定性的氧还原催化剂是发展燃料电池等能源技术的关键。近年来,高效铂基催化剂的性能已经取得极大的突破,而对催化剂稳定性,特别是电池及器件稳定性的研究仍然较少。针对上述难题,田新龙教授采用(电)化学腐蚀方法对铂基催化剂的近表面结构和组分进行调控(图1),大幅度提高了铂镍合金催化剂在实际氢-氧燃料电池中的性能。



图2:铂镍合金催化性质和氢-氧燃料电池性能


该催化剂的质量活性和比活性达到3.52 A mgPt-1 and 5.16 mA cmPt-2,是目前商业铂催化剂的15倍以上。更令人振奋的是,该催化剂展示出极为优异的催化稳定性,经过连续5万圈循环测试后,其质量活性只衰减了1.3%。此外,以该催化剂组装的燃料电池也展示出优异的性能和稳定性(图2)。原位X射线同步辐射吸收光谱和理论计算表明,这种催化剂结构有利于优化氧还原过程中的铂氧物种吸附强度,在改善氧还原催化性能的同时,亦能保持催化剂的较高性能和结构稳定性。

这项工作为合理设计低成本、高活性和高稳定性铂合金催化材料提供了一种有效的策略,将有助于改善铂合金催化材料在新能源器件中的服役水平和寿命,对发展新能源技术具有十分重要的意义。



田新龙团队


田新龙教授为论文第一作者,日本电气通信大学赵晓博士和荷兰埃因霍温理工大学苏亚琼博士为论文共同第一作者。华中科技大学化学与化工学院夏宝玉教授是该文通讯作者,新加坡南洋理工大学楼雄文教授为论文共同通讯作者。该研究工作得到教育部、国家自然科学基金委、海南大学高层次人才科研启动基金和海南大学南海海洋资源利用国家重点实验室等各方面的支持。

田新龙,2016 6月于华南理工大学获得工学博士学位,师从电化学专家廖世军教授;2016 11月至20192月在华中科技大学化学与化工学院从事博士后研究工作,合作导师为夏宝玉教授;2019 3月以C类高层次引进人才加入海南大学南海海洋资源利用国家重点实验室。当前主要研究方向为过渡金属氮化物、低铂纳米材料和 MOF 材料的可控合成,应用于可燃冰存储、催化和定向转化,氢氧燃料电池及电催化。当前,以第一作者或通讯作者在Science, J. Am. Chem. Soc., ACS Energy Lett., ACS Catal.,J. Mater. Chem. A等学术期刊上发表SCI论文17篇,ESI高被引论文3篇。




(编辑:余梦月)


该文发表于 2019/11/15 15:50:00 已被 ymy 编辑 2019/11/22 16:22:00
内容编辑:ymy
 
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