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奮進南師

我校化科院戴志暉課題組在《Advanced Materials》發表研究論文

近日我校化科院戴志暉教授課題組在電化學析氧催化劑的研究方面取得重要突破。相關成果以“2D Electron Gas and Oxygen Vacancy Induced High Oxygen Evolution Performances for Advanced Co3O4/CeO2Nanohybrids”為題發表在Advanced Materials上(Adv. Mater. 2019, 1900062;文章鏈接https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.201900062)。Advanced Materials是材料領域國際頂級期刊之一,影響因子21.95。

氫能被認為是21世紀最具發展潛力的清潔能源。目前工業規模的氫氣主要來自于化石燃料,造成了環境污染問題。電解水是一種綠色、高效的產氫方式,發展前景良好。但是其陽極析氧反應(OER)的動力學緩慢,限制了其大規模發展。雖然目前商業化使用的貴金屬氧化物,如RuO2,IrO2等具有優異的電催化OER性能,但是其使用成本較高且循環穩定性有限,因此新型高效、先進OER催化劑的開發意義重大。

Co3O4是一種極具發展潛力的電催化劑,具有良好的電催化OER活性,但是純Co3O4的導電性不足,電催化性能有待進一步提升。CeO2是一種重要的稀土氧化物,其中的Ce3+和Ce4+之間可以相互轉換,不僅可以作為氧的緩沖體而且容易與其他材料耦合。DFT計算表明CeOx可以擾亂Co物種的電子結構,改善其導電性。戴志暉和包建春課題組充分利用Co3O4和CeO2的這些本征優點,設計和成了Co3O4/CeO2雜合納米結構,這種雜合催化劑表現出明顯優于純Co3O4、CeO2甚至商業化IrO2催化劑的電催化OER性能,10 mA cm-2時的過電勢為270 mV。XPS、EELS和DFT計算表明,CeO2的引入不僅增加了Co3O4/CeO2雜合結構中氧缺陷的濃度,有利于電催化性能的提升,而且在Co3O4-CeO2界面處形成了二維電子氣(2DEG),導致高的載流子濃度和快速的電子遷移(改善的導電性),因此表現出顯著提升的OER性能。

這種2DEG導致的優異的電催化OER性能目前還未見報道,因此本工作為新型先進雜合納米結構的開發提供了新的思路,具有一定的指導意義。

上述研究工作得到了國家自然科學基金、杰出青年基金、江蘇省研究生科研與實踐創新計劃等項目的支持。

  • 更新時間

    2019年05月17日

  • 閱讀量

  • 供稿

    化科院

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