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许并社教授团队郝晓东博士在材料领域国际顶级期刊发表高水平论文

2020-10-13 10:58 文、图/前沿院 郝晓东 点击:[]

近日,前沿院许并社教授团队青年人才郝晓东副教授在Wiley旗下的材料领域国际顶级期刊《先进能源材料》(Advanced Energy Materials,最新影响因子25.245)发表题为“用于高效析氧反应的无定形/晶相异相结构钴-钒-铁(氧)氢氧化物(Amorphous/Crystalline Heterostructured Cobalt-VanadiumIron (Oxy)hydroxides for Highly Efficient Oxygen Evolution Reaction)”的文章。火狐体育网址大学和新加坡南洋理工大学共为该论文通讯作者单位,郝晓东副教授、刘彬教授和颜清宇教授共为通讯作者。这是我校首次以通讯作者单位在该期刊发表论文,该论文的发表代表着我校与其他国内外高校研究单位合作的新进展,极大地提高了我校在材料科学领域的国际影响力。

该工作的研究是为了解决能源过耗和全球变暖的世界难题,开创氢能源而展开的。电催化水分解产氢被认为是极具潜力的绿色制氢途径,析氧反应(OER)是其关键技术之一。目前,OER反应中使用的催化剂局限于价格昂贵且十分稀缺的铱、钌基材料,在很大程度上限制了OER技术的发展和应用。因此,开发富含地球且廉价的电催化剂,一直是实际应用的重大挑战。基于此,该研究报道了一种阳离子交换法制备钴-钒-铁(氧)氢氧化物(CoV-Fe0.28)超薄纳米片的方法。并利用球差校正电子显微镜观察、分析和研究了CoV-Fe0.28纳米片由晶畴和非晶畴的混合物化学组成、超微观结构和电子结构,如图1所示。

研究结果表明:其非晶态/晶态异质结构的形成促进了活性中心的暴露,具有较高的活性中心和最佳的含氧物种吸附能;并发现了界面在其中起着重要作用—“界面催化”。此外,CoV-Fe0.28催化剂中Co、V和Fe离子的协同作用,调控了局部原子配位环境和电子结构,从而为这一基本反应步骤提供了最佳的热力学势垒,相比商用的二氧化钌催化剂,展现出更加优异的OER活性。本研究在“界面催化”方面丰富了界面科学和催化理论,对高效开发新型氢能源、生态环境保护具有重大意义。

Figure 1. (a, b) XRD patterns of as-prepared CoV-HS, CoV-Fe0.16, CoV-Fe0.28, and CoV-Fe0.39 sample. (c) TEM of as-prepared CoV-Fe0.28 sample. (d) High resolution TEM (HRTEM) image of CoV-Fe0.28 sample. (e, f) The corresponding FFT patterns of the selected regions marked by the blue and red squares, respectively, in (d). (g) HAADF-STEM image and the corresponding energy-dispersive X-ray spectroscopy elemental maps of CoV-Fe0.28 sample.

郝晓东博士毕业于日本东北大学材料科学高等研究所,师从国际著名电镜专家几原雄一(Yuichi Ikuhara)教授门下。于2018年以火狐体育网址大学“青年拔尖”引进人才,加盟许并社教授团队。郝晓东博士主要依托火狐体育网址大学的超微观结构表征平台-双球差校正透射电子显微镜(JEM GRAND ARM 300F),实现皮米尺度下对纳米功能材料的超微观组织、成分和结构的深度表征和分析,构建其与催化、能源等性能之间的相互关系和规律。

新闻小贴士:

论文详细信息:Min Kuang, Junming Zhang, et al., Xiaodong Hao*, Jianwei Xu, Chuntai Liu, Li Song, Bin Liu*, Qingyu Yan*,Amorphous/Crystalline Heterostructured Cobalt‐Vanadium‐Iron (Oxy)hydroxides for Highly Efficient Oxygen Evolution Reaction. Adv. Energy Mater. 2020 DOI: 10.1002/aenm.202002215.

(终审:杜杨 核稿:强涛涛 编辑:雷超 学生编辑:刘卉媛)

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