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劉生忠教授團隊在單原子摻雜電催化水氧化等方面研究取得新進展

逆水寒为什么被喷 www.hdqei.icu 部門:材料科學與工程學院   發布時間:2019-05-16  瀏覽:次

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電催化水氧化一直以來在能量儲存和轉換方面扮演著重要的作用,目前水氧化最大的挑戰仍然是尋找廉價、高效和超穩定的催化劑來替代貴金屬基材料如IrOx, RuOx等。Ni(OH)2基材料是電催化水氧化的熱門材料之一。電催化分解水產氧是一個多步驟多電子參與的反應,對催化劑具有高的要求,首先應具備較好的放電能力用于吸附反應液里游離水分子;其次應提供適宜的反應位點用于反應中間體的吸附脫附提供電子供應,即分解水產氧催化劑應至少具備雙反應位點:水的吸附和中間體吸附脫附。

基于上述考慮,材料科學與工程學院劉生忠教授團隊選用高價態、多外層空軌道的W元素,采用醇熱法對Ni(OH)2進行單原子摻雜來構建水氧化的反應位點。利用球差電鏡、同步輻射以及紫外可見吸收共同驗證了W元素在Ni(OH)2晶格內是以單原子的形式存在。W-Ni(OH)2催化劑表現出優異的電催化產氧活性,實現了在10 mA cm-2電流條件下的237mV的過電位,且在高電位80mA cm-2電流條件下,其過電位為267mV。且該催化劑表現出了可觀的穩定性。團隊也結合理論計算驗證了單原子存在的W位點對水氧化的中間體O-O耦合等步驟具有降低反應過電位的能力。相關研究結果以我校為第一署名單位發表在在國際綜合性期刊《Nature Communications》上。第一作者為我校閆俊青副教授,我校碩士生孔令巧和蘇州大學博士生紀玉金為論文并列一作。我校劉生忠教授、蘇州大學李有勇教授以及澳大利亞紐卡索大學馬天翼博士為論文共同通訊作者。

論文鏈接:https://www.nature.com/articles/s41467-019-09845-z

另訊:二維(2D)層狀有機-無機雜化鈣鈦礦具有優異的穩定性和光電性能,在很多應用上性能優于三維(3D)鈣鈦礦,尤其是在(001)平面上制備的光探測器具有最好的光探測性能。該研究最大的挑戰為在特定晶面的優異性能不僅無法從隨機取向的微晶薄膜獲得,甚至無法利用微晶薄膜進行研究提取。因此,生長具有取向的大尺寸高質量二維鈣鈦礦單晶成為深入研究各向異性的光電探測性能的必經之路。

近日,材料科學與工程學院劉生忠教授團隊利用溶液表面張力控制結晶的方法成功生長了36毫米大小的2D (PEA)2PbI4鈣鈦礦單晶,在大尺寸二維鈣鈦礦單晶及單晶探測器研究方面取得新進展。該單晶具有非常優異的光探測性能。根據密度泛函理論模擬計算,這種單晶具有各向異性的光電性能。經研究發現,在(001)晶面上制備的光電探測器的響應率高達139.6 A W-1,外部量子效率為37719.6%,探測率為1.89×1015cm Hz1/2W-1以及具有快的響應速度(τrise = 21μs,τdecay = 37μs)。相關成果以我校為第一單位發表在材料學旗艦期刊Matter上(Matter, 10.1016/j.matt.2019.04.002.)。劉渝城,葉皓晨和張云霞為論文共同第一作者,劉生忠教授和徐卓博士為論文通訊作者。

論文鏈接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2590238519300189?via%3Dihub


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