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      【守初心 擔使命】《Science》刊發海南大學田新龍教授課題組最新研究成果

      時間: 2019/11/15 15:50:00 來源:宣傳部

      本站訊(通訊員 任維鈞 記者 余夢月)11月15日,國際頂級學術期刊《Science》以研究長文形式刊發了海南大學南海海洋資源利用國家重點實驗室田新龍教授為第一作者的研究論文'Engineering bunched Pt-Ni alloy nanocages for efficient oxygen reduction in practical fuel cells'。海南大學為論文第一作者單位和第二合作單位,華中科技大學為第一通訊單位。



      圖1:鉑鎳合金結構、形貌和制備示意圖


      該文闡述了田新龍教授在高性能和高穩定性鉑合金催化劑的最新研究成果,即通過對鉑基催化劑的近表面結構和組分進行調控,實現高穩定性一維結構和高活性的合金空心結構等特征的有效結合,從而大幅改善了鉑鎳合金催化劑在實際氫-氧燃料電池器件中的輸出功率和使用壽命。

      當前,經濟社會的高速發展使得開發新能源轉換技術勢在必行。氫能具有無污染和零碳排放等特點,是公認的清潔能源。近年來,我國和美國、日本、加拿大、歐盟等先后制定了氫能發展規劃。我國有望成為氫能技術和應用領先的國家之一,也被國際公認為是最有可能率先實現氫燃料電池和氫能汽車產業化的國家。氧還原反應是氫氧燃料電池和金屬-空氣電池等新能源技術的核心反應,需要價格昂貴、資源稀缺的貴金屬鉑作為催化劑來克服較為遲緩氧還原反應動力學。因此,研發低成本、高活性和高穩定性的氧還原催化劑是發展燃料電池等能源技術的關鍵。近年來,高效鉑基催化劑的性能已經取得極大的突破,而對催化劑穩定性,特別是電池及器件穩定性的研究仍然較少。針對上述難題,田新龍教授采用(電)化學腐蝕方法對鉑基催化劑的近表面結構和組分進行調控(圖1),大幅度提高了鉑鎳合金催化劑在實際氫-氧燃料電池中的性能。



      圖2:鉑鎳合金催化性質和氫-氧燃料電池性能


      該催化劑的質量活性和比活性達到3.52 A mgPt-1 and 5.16 mA cmPt-2,是目前商業鉑催化劑的15倍以上。更令人振奮的是,該催化劑展示出極為優異的催化穩定性,經過連續5萬圈循環測試后,其質量活性只衰減了1.3%。此外,以該催化劑組裝的燃料電池也展示出優異的性能和穩定性(圖2)。原位X射線同步輻射吸收光譜和理論計算表明,這種催化劑結構有利于優化氧還原過程中的鉑氧物種吸附強度,在改善氧還原催化性能的同時,亦能保持催化劑的較高性能和結構穩定性。

      這項工作為合理設計低成本、高活性和高穩定性鉑合金催化材料提供了一種有效的策略,將有助于改善鉑合金催化材料在新能源器件中的服役水平和壽命,對發展新能源技術具有十分重要的意義。



      田新龍團隊


      田新龍教授為論文第一作者,日本電氣通信大學趙曉博士和荷蘭埃因霍溫理工大學蘇亞瓊博士為論文共同第一作者。華中科技大學化學與化工學院夏寶玉教授是該文通訊作者,新加坡南洋理工大學樓雄文教授為論文共同通訊作者。該研究工作得到教育部、國家自然科學基金委、海南大學高層次人才科研啟動基金和海南大學南海海洋資源利用國家重點實驗室等各方面的支持。

      田新龍,2016 6月于華南理工大學獲得工學博士學位,師從電化學專家廖世軍教授;2016 11月至20192月在華中科技大學化學與化工學院從事博士后研究工作,合作導師為夏寶玉教授;2019 3月以C類高層次引進人才加入海南大學南海海洋資源利用國家重點實驗室。當前主要研究方向為過渡金屬氮化物、低鉑納米材料和 MOF 材料的可控合成,應用于可燃冰存儲、催化和定向轉化,氫氧燃料電池及電催化。當前,以第一作者或通訊作者在Science, J. Am. Chem. Soc., ACS Energy Lett., ACS Catal.,J. Mater. Chem. A等學術期刊上發表SCI論文17篇,ESI高被引論文3篇。




      (編輯:余夢月)


      該文發表于 2019/11/15 15:50:00 已被 ymy 編輯 2019/11/22 16:22:00
      內容編輯:ymy
       
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