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北大工学院郭少军课题组关于纳米线催化剂合作成果在《自然•通讯》发表
2016-12-12 09:20:12   来源:北京大学   作者:张龙采编  点击:

  发展高效氧还原电催化剂对于提高燃料电池和锂空气电池的能量密度十分关键。铂是目前最好的催化氧气还原反应的金属,但是铂在自然界较低的储量极大地限制了燃料电池的商品化。理论计算表明,PtM(M=Fe,Co,Ni)薄膜对于氧还原的本征活性遵循:高指数破面>(111)面>(100)面。因此,设计具有高指数面化的PtM结构材料对于提升氧气还原反应的本征活性十分必要。但是目前一个大的挑战性问题是:传统的材料高指数面只能稳定在比较大的纳米结构上,使得材料由于其低的表面积和催化活性中心对于氧还原催化的质量活性较低。
 

  近日,北京大学工学院郭少军研究员课题组和苏州大学黄小青教授合作,在课题组近期工作:利用胶体化学路线制备高指数面化PtNi纳米线提高氧还原催化活性基础上【Adv. Mater. 2015, 27, 7204-7212 (IF=18.90)】,设计了一个新的调控方法制备了类似于Zigzag结构的高比表面积CoPt纳米线,其表面具有比PtNi纳米线更高密度的高指数面。氧还原催化数据评估结果表明,制备的Zigzag CoPt纳米线对于氧还原催化的质量活性在0.9V vs. RHE达到了接近4A/mg,几乎十倍于美国能源部2018年目标。理论计算表明,在CoPt纳米线表面集成了高密度的高指数面的坡面是获得高催化活性的主要因素之一。该工作对于未来设计高效的异相催化剂提供了新的思路,相应结果发表在国际著名期刊Nature Communications 2016, doi:10.1038/ncomms11850。


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  纳米线催化剂合作成果


  另外,在该项工作基础上,科研人员最近通过一个两步合成的策略,利用单分散Pt纳米线作为种子,通过在体系里引入过量的铜前驱体,制备了新型螺丝形状的CuPt双金属纳米线。由于该纳米线表面具有高指数面,其相比于商品化的C/Pt催化剂对于液体燃料小分子(甲醇和乙醇)展现了增强的催化活性。该CuPt纳米线对于甲醇和乙醇电氧化的质量活性相比于商品化C/Pt催化剂可以实现6.9和4.8倍的提升。相应结果发表于国际著名期刊Nano Letters2016, DOI: 10.1021/acs.nanolett.6b01825(IF=13.592)。
 

  郭少军研究员于2015年9月加入工学院材料工程与科学系及能源与资源工程系,在入职不到一年时间内,其在能源、材料和工程领域国际著名期刊以通讯作者身份共发表30余篇一区论文,其中影响因子大于10的论文有15篇,包括Nat. Commun.1篇;Adv. Mater.5篇;Chem. Soc. Rev.1篇;Angew. Chem.2篇;Nano Lett.2篇等。

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