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我院14级本科生提出新型电催化水分解动力学机理

作者:王春栋 时间:2017-09-13 点击数:

在新能源利用上,氢能已经引起了广泛关注。其中电催化产氢是一种可行、高效、清洁、可持续的大规模制备方法。由于阳极产氧动力学过程缓慢,故提高阳极产氧催化效率是目前电解水催化研究的一个重要、关键步骤。近日,华中科技大学光学与电子信息学院14级本科生张俊烨在王春栋副教授指导下从反应动力学决策步骤方面分析入手提出了高导电性的硒化物可作为催化材料实现了超低的过电位,该工作发表在美国化学学会旗下国际著名杂志ACS Applied Material &Interfaces IF=7.504,<http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.7b08917>,在光电信息学院江建军教授课题组完成,博士生吕琳为论文共同一作,14级本科生田一帆,博士生李志山、敖翔及美国摩根州立大学蓝玉成教授参与了部分工作,王春栋副教授和江建军教授为论文的共同通讯作者。

该文章首先利用一种简便的方法制备出形貌为纳米片状的钴铁前驱体,再利用硒粉将其硒化得到钴铁硒纳米片。由此证明硒化对性能的提升有着决定性的作用。最后,通过测试一系列电催化性能,验证了该材料具有优越的催化性能和广阔的应用前景。此外,论文指出由于晶格结构的改变,导致纳米片厚度的明显减薄,从而使硒化过程暴露出更多的活性位点。而对比前驱体和钴铁硒,硒化之后得到的样品电导率,双电层电容,催化稳定性均得到明显提高,从而说明了催化反应中硒化会导致RDS(rate-determing step)的变化进而改变催化动力学。该项研究对氢能的大规模生产及OER过渡族金属催化剂的设计具有重要的研究价值。

在能源储存的应用上存在两种主要研究方向:电池及超级电容器。其中超级电容器以其高功率密度的特点,具有良好的应用前景,主要分为电双层电容器和赝电容器。而赝电容器的研发以及性能提升将为能源储存提供新的思路及方法。

14级本科生田一帆在王春栋副教授的指导下,利用镍和硒在赝电容器方面的高性能,设计出一种制备镍的硒化物的方法,并成功在泡沫镍基底上生长出NiSe纳米棒。该结构的样品表现出良好的面电容器性能,并在作为阳极与RGO组成不对称超级电容器时,在629W kg-1的能量密度下具有38.8Wh kg-1的大功率密度。该研究成果发表在Electrochimica Acta(IF=4.798,<http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S001346861731722X>),王春栋副教授和江建军教授为该论文共同通讯作者。

此外,鉴于镍和铜的相似性,14级本科生陈博在王春栋副教授的指导下,首次在泡沫镍上,利用泡沫镍作为镍源,CuCl2·H2O作为铜源,原位生成(Ni,Cu)Se2纳米线,并将其与RGO组合形成不对称超级电容器,在50 mA cm-2的大电流下,经过4000圈充放电循环,仍保留97.56%的性能,具有良好的稳定性,并在797.9W kg-1的能量密度下具有44.46 Wh kg-1的极大功率密度。该研究成果已被ChemElectroChem(IF=4.136,<http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/celc.201700742/full>)接收。王春栋副教授和江建军教授为该论文共同通讯作者。

以上工作得到了国家自然科学基金(No.51302097和No.51571096)和湖北省楚天学者计划等资助。

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