综合新闻 News
联系我们
  • 客服服务电话:021-64321087
  • 商业服务电话:13918059423
  • 技术服务电话:13918059423
  • 联系人:崔老师 
  • 服务邮箱:shxtb@163.com
  • 地址:上海市徐汇区桂林路100号8号楼107室

南京师范大学《AEM》:稀土能源电催化领域获进展

日期: 2022-12-12
浏览次数: 9

来源:南京师范大学

近日,南京师范大学化学与材料科学学院唐亚文教授与付更涛教授团队在稀土能源电催化领域中取得重要研究进展。相关成果以“Neodymium-Evoked Valence Electronic Modulation to Balance Reversible Oxygen Electrocatalysis”为题发表在Advanced Energy Materials上。Advanced Energy Materials是Wiley出版社旗下能源领域的顶级期刊(IF=29.368),在能源材料领域具有重要影响力。博士研究生樊闯、王轩为该论文第一作者,唐亚文教授、付更涛教授为共同通讯作者。南京师范大学为唯一单位。

文章链接:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202203244

由于氧还原(ORR)和氧析出反应(OER)之间的竞争吸附,开发具有双功能性质的可逆氧电催化剂对于金属-空气电池等能源转化技术具有重要意义。然而,ORR和OER均涉及复杂的四电子途径和多步化学键断裂与形成过程,导致反应动力学缓慢与热力学限制。当前Pt/C、IrO2和RuO2被认为是最好的ORR或OER催化剂,但其储量稀少、价格高昂、稳定性不足等问题极大地限制了在氧电催化反应中的实际应用。为开发贵金属催化剂的替代品,利用电子调控策略开发过渡金属(TM)催化剂作为氧电催化剂受到了广泛研究。对于过渡金属,杂原子掺杂通过d-d和d-p轨道耦合作用可以扰动原始的d带电子结构,其中d带中心(εd)向费米能级(EF)的相对位移决定了金属-氧共价性。通过调整电子结构,可以打破TM与O结合能的线性关系束缚,使其更接近贵金属基材料,从而表现出良好的氧电催化活性。不同于过渡金属的d和p轨道,具有高简并性和局域性f轨道的稀土元素在电催化领域近年来愈发受到重视。其独特的4fx5dy6s2价电子构型,由于价层的f-d-p轨道的有效耦合使得对氧电催化的灵活调控成为可能。然而,稀土类催化剂仍存在一些合成障碍和内在缺陷。例如其较大的原子半径导致在高温处理过程中倾向于迁移到催化剂表面,造成活性位点数量减少,同时稀土元素本身作为助催化剂几乎没有氧电催化活性。因此,同时实现保存催化剂表面足够的活性位点,充分利用稀土金属的促进作用,以及稀土与过渡金属的有效偶联仍然是一个亟待解决的问题。

基于此,南京师范大学唐亚文教授、付更涛教授团队报道了通过原子级稀土Nd掺杂调控Co位点电子结构,有效实现了氧电催化的可逆平衡。Nd的引入是通过简单可行的MOF衍生策略,利用有机配体与金属离子的强配位作实现了Nd和Co离子的强配位,保证了Nd/Co NC中Nd和Co的强偶联和Nd的原子级分散。电化学结果表明,优化的Nd/Co NC在碱性介质中表现出优异的双功能氧电催化活性,其中OER的过电位为288 mV 10 mA cm-2,ORR的半波电位为0.85 V,均优于商业化的RuO2和Pt/C催化剂。原位Raman揭示了OH−通过Co-O的跃迁动态转变为Co-OOH的动态演变,证实了掺入Nd原子引起的电子重排优化了含氧中间体的吸附强度,促进了OER进程。对于ORR过程,在Co NC表面引入Nd原子大大降低了其决速步从*OOH到*O的跃迁过程中相应的能垒,有效地推动结合能接近最佳ORR活度,使Nd/Co NC表现出出色的ORR性能。密度泛函理论分析表明通过掺杂Nd原子进入Co的表面晶格成功实现f-d轨道耦合,优化了含氧中间体的结合能,平衡了Co的双功能氧电催化活性。在实用性方面,所合成催化剂在锌-空电池中展现出较好的峰值功率密度、倍率性能,以及长程循环稳定性,显示出Nd/Co NC在金属-空气电池方面的较大应用潜力。

化科院20级博士生樊闯与22级博士生王轩为本论文第一作者,唐亚文教授与付更涛教授为共同通讯作者。南京师范大学为唯一单位。

该研究工作得到了国家自然科学基金、江苏省自然科学基金、江苏省生物医用功能材料工程技术研究中心、江苏省生物医用功能材料协同创新中心、江苏省生物功能材料重点实验室的支持。


Hot News / 相关推荐
  • 2023 - 02 - 02
    点击次数: 1
    来源:OFweek激光网强烈、极短波X射线脉冲在纳米波长范围内很难产生,但目前,TU Wien(奥地利维也纳技术大学)已经开发出一种新的、更简单的方法。该方法的起点不是钛蓝宝石激光器,而是镱激光器,关键诀窍是光被送过一种气体,以改变其属性。激光束的波长取决于产生它的材料。在相关的原子或分子中,电子从一种状态转变为另一种能量较低的状态。这导致一个光子被发射出来--其波长取决于电子在其状态变化过程中失...
  • 2023 - 02 - 02
    点击次数: 0
    来源:新广网燃料电池的功能是通过化学反应将化学能转化为电能。当该技术足够成熟时,可以使用氢气之类的燃料而不会将CO 2排放到大气中。在燃料电池中,催化剂促进化学反应,催化剂通常是分散在耐用和反应性材料(例如氧化铈)表面上的铂纳米颗粒。在这项研究之前,这些催化剂的活性区域已经在理想条件下,在非常低的温度和压力下进行了研究,去除了在普通工作条件下可能在设备中发现的任何污垢和水分。然而,Trieste国...
  • 2023 - 02 - 01
    点击次数: 3
    来源:科技日报科技日报合肥1月30日电 (记者吴长锋)记者30日从中国科学技术大学获悉,该校中国科学院微观磁共振重点实验室杜江峰、石发展等人,基于金刚石氮—空位(NV)色心量子比特实现了保真度99.92%的量子CNOT门(量子受控非门)。该项研究成果日前发表在《物理评论快报》上。可实用的大规模量子计算要求门保真度至少达到99.9%,此前仅离子阱体系实现了保真度约为99.9%的两比特门。固态体系由于...
  • 2023 - 02 - 01
    点击次数: 2
    来源:中国粉体网目前,柔性电子产品在医疗健康、电子信息和国防安全等领域的地位和作用日益重要。未来可穿戴电子器件和系统需要柔性电池提供致密、安全且可靠的电能源保障。如何发展兼具高比能量、高比功率和高安全性的柔性电池技术已成为先进储能技术领域最受关注的热点问题之一。全固态锂电池是下一代高安全、高比特性储能技术的主要发展途径,而发展兼具可拉伸性和高离子电导率的固体电解质,在形变条件下维持电芯内部离子传导...
  • Copyright ©Copyright 2018  2020 上海市稀土协会 All Rights Reserved 沪ICP备2020034223号-1
    主办单位:上海市稀土协会 指导单位:上海市稀土材料开发应用办公室 承办单位:上海稀土产业促进中心 
    犀牛云提供企业云服务