《Science》刊發(fā)華中科技大學(xué)夏寶玉教授團(tuán)隊(duì)最新研究成果！
2019年11月15日，國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《Science》以研究長(zhǎng)文形式刊發(fā)華中科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院夏寶玉教授團(tuán)隊(duì)的最新研究成果《Engineering bunched Pt-Ni alloy nanocages for efficient oxygen reduction in practical fuel cells》。該文闡述了夏寶玉教授團(tuán)隊(duì)在高效長(zhǎng)壽命鉑合金催化劑的最新研究進(jìn)展：采用（電）化學(xué)腐蝕方法對(duì)鉑基催化劑的近表面結(jié)構(gòu)和組分進(jìn)行調(diào)控，從而大幅提升高效鉑鎳合金催化劑在實(shí)際燃料電池器件中的服役水平和壽命，有望成為發(fā)展燃料電池行之有效的關(guān)鍵手段。
化學(xué)與化工學(xué)院田新龍博士為第一作者，日本電氣通信大學(xué)趙曉博士和荷蘭埃因霍溫理工大學(xué)蘇亞瓊博士為論文共同第一作者。華中科技大學(xué)為第一作者單位，化學(xué)與化工學(xué)院夏寶玉教授和新加坡南洋理工大學(xué)樓雄文教授為論文的共同通訊作者。據(jù)悉，這也是化學(xué)與化工學(xué)院教師首次在《Science》上發(fā)表論文。
當(dāng)前，經(jīng)濟(jì)社會(huì)的高速發(fā)展使得開(kāi)發(fā)新能源轉(zhuǎn)換技術(shù)勢(shì)在必行。氧還原反應(yīng)是包括燃料電池和金屬-空氣電池等新能源技術(shù)的核心反應(yīng)，需要價(jià)格昂貴、資源稀缺的貴金屬鉑作為催化劑克服較為遲緩的氧還原反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。因此，研發(fā)低成本、高活性和長(zhǎng)壽命的陰極氧還原催化劑是發(fā)展燃料電池等能源技術(shù)的關(guān)鍵。近年來(lái)，高活性鉑基催化劑的設(shè)計(jì)已經(jīng)取得突破，但催化劑仍然面臨著在實(shí)際燃料電池器件中的服役水平與壽命的重大挑戰(zhàn)。針對(duì)上述難題，夏寶玉教授團(tuán)隊(duì)采用（電）化學(xué)腐蝕的方法對(duì)鉑基催化劑的近表面結(jié)構(gòu)和組分進(jìn)行調(diào)控，獲得了具有一維結(jié)構(gòu)的串狀鉑鎳納米籠結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了高穩(wěn)定性的一維結(jié)構(gòu)和高活性的合金空心結(jié)構(gòu)等特征的有效結(jié)合，從而大幅提升了高效鉑鎳合金催化劑在全電池中服役水平和壽命（圖1）。
圖1. 鉑鎳合金結(jié)構(gòu)、形貌和制備示意圖
該催化劑的質(zhì)量活性和比活性達(dá)到3.52 A mgPt-1 and 5.16 mA cmPt-2，是目前商用催化劑的17倍和14倍。更加令人振奮的是，該催化劑展示出極為優(yōu)異的催化穩(wěn)定性。經(jīng)連續(xù)5萬(wàn)圈循環(huán)測(cè)試后，其質(zhì)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(yōu)異的性能和穩(wěn)定性（圖2）。原位X射線同步輻射吸收光譜和理論計(jì)算表明，這種催化劑結(jié)構(gòu)有利于在優(yōu)化氧還原過(guò)程中的鉑氧物種吸附強(qiáng)度，在改善氧還原催化性能的同時(shí)，亦能保持催化劑的較高活性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
圖2. 鉑鎳合金催化性質(zhì)和氫-氧燃料電池性能
這項(xiàng)工作為合理設(shè)計(jì)低成本、高活性和長(zhǎng)壽命鉑合金催化材料提供了一種有效的策略，將有助于提升鉑合金催化材料在新能源器件中的服役水平和壽命，對(duì)發(fā)展新能源技術(shù)具有重要科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委、華中科技大學(xué)以及化學(xué)與化工學(xué)院等各方面的支持。
論文鏈接：https://science.sciencemag.org/content/366/6467/850
夏寶玉教授予2016年加入華中科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，將其從事的新能源材料化學(xué)研究與學(xué)院傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)學(xué)科方向腐蝕電化學(xué)相結(jié)合，研究集中在結(jié)構(gòu)功能一體化新材料制備及其在能量轉(zhuǎn)換與存儲(chǔ)等領(lǐng)域，將基礎(chǔ)研究與工程應(yīng)用相結(jié)合，開(kāi)展了系列富有成效的研究。團(tuán)隊(duì)重點(diǎn)探究新材料在新能源技術(shù)中的服役和失效問(wèn)題，通過(guò)探究腐蝕現(xiàn)象和規(guī)律，利用腐蝕科學(xué)與技術(shù)去開(kāi)發(fā)新型、穩(wěn)定的材料與器件，達(dá)到使電池長(zhǎng)壽命服役的目的，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)腐蝕學(xué)科與新能源領(lǐng)域的深度交叉融合。團(tuán)隊(duì)以高活性長(zhǎng)壽命低成本電極材料為導(dǎo)向，在新材料設(shè)計(jì)與制備方面取得了突破性進(jìn)展，明確了相關(guān)電極材料構(gòu)效關(guān)系和性質(zhì)改善機(jī)理，提出了電極材料在能量轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)器件中服役與失效機(jī)制，有望對(duì)燃料電池行業(yè)的發(fā)展起到重要推動(dòng)作用。該團(tuán)隊(duì)近年來(lái)在包括Science, Nat. Energy, J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed.等國(guó)際期刊發(fā)表學(xué)術(shù)論文70余篇（包括1篇ESI熱點(diǎn)論文和21篇ESI高被引論文），研究成果被國(guó)內(nèi)外同行引用8000余次，參與3本專著編寫（三章），申請(qǐng)專利6項(xiàng)（已授權(quán)3項(xiàng)）。夏寶玉教授入選2018和2019年度科睿唯安全球高被引科學(xué)家和2019年Journal of Materials Chemistry A Emerging Investigators。
華中科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院近年來(lái)不斷加大高層次人才引進(jìn)和培養(yǎng)力度，學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)班子親赴各地引智引才，為學(xué)院、學(xué)科的長(zhǎng)期發(fā)展建設(shè)謀篇布局、積能蓄力。同時(shí)，學(xué)院準(zhǔn)確把握學(xué)科布局與發(fā)展定位、學(xué)術(shù)隊(duì)伍規(guī)模和層次結(jié)構(gòu)，圍繞能量轉(zhuǎn)換與存儲(chǔ)材料化學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、生物無(wú)機(jī)化學(xué)與藥物湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、材料化學(xué)與服役失效湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室及學(xué)院重點(diǎn)研究方向引進(jìn)了一大批青年才俊，著力提升學(xué)院的綜合競(jìng)爭(zhēng)力。
夏寶玉教授與同學(xué)們?cè)趯?shí)驗(yàn)室
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