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王振波教授课题组在非贵金属氧还原反应催化剂研究领域取得重要进展

发布时间:2018-11-01浏览次数:10来源:化工与化学学院

我院王振波教授课题组在质子交换膜燃料电池氧还原反应非贵金属催化剂研究领域取得重要进展。研究成果“单原子分散的锰基催化剂应用于质子交换膜燃料电池氧还原反应”(Atomically dispersed manganese catalysts for oxygen reduction in proton-exchange membrane fuel cells)发表在国际期刊《自然-催化》(Nature Catalysis)上。该论文首次报道了在酸性介质中催化活性与稳定性兼备的MnN4催化活性位点,为非贵金属催化剂的研究开辟了新的方向。该研究与美国纽约州立大学布法罗分校武刚教授合作完成,第一作者为我校2015级博士生李加展和纽约州立大学布法罗分校博士生陈梦杰,王振波教授与武刚教授为共同通讯作者,我校为第一通讯单位。

高性能(活性、稳定性)非贵金属催化剂的研究制备是实现燃料电池技术大规模商业化应用的关键,也是该领域面临的难题。Fe-N-C催化剂是目前活性最好的非贵金属催化剂,但仍然面临稳定性差的问题,而铁离子的Fenton效应进一步限制了其实际应用。该研究另辟蹊径,采用化学掺杂和物理吸附相结合的两步法逐步提高MOF衍生的氮掺杂纳米碳载体活性位点的密度,制备了高活性与高稳定性兼备的单原子分散的Mn-N-C催化剂。其催化活性与传统的Fe-N-C催化剂相当(0.8 V vs. RHE),但具有更加优异的稳定性。同时,燃料电池中的测试结果进一步证实了Mn-N-C催化剂的应用前景。原子级分辨率的STEM和X-射线吸收光谱证实单原子分散的MnN4为主要的催化活性位点,DFT理论计算进一步研究了该活性位点的催化路径与反应机理。该研究从实践和理论两个层面上证实了锰基催化剂的活性与稳定性,为高性能催化剂的研究制备开辟了新的方向。

王振波教授入选2017年科技部中青年科技创新领军人才、黑龙江省“龙江学者”特聘教授;连续4年(2014-2017)入选Elsevier中国高被引科学家。多年来,他一直从事能源转化与存储相关领域研究,在低温燃料电池催化剂、锂电池正极材料、锂(钠)离子混和电容器等领域取得一系列高水平研究成果;在国际高水平期刊发表SCI论文150多篇,SCI收录论文他引3600次以上,H因子36;申请国家发明专利63项,其中授权26项。

论文链接:https://www.nature.com/articles/s41929-018-0164-8

王振波教授主页:http://homepage.hit.edu.cn/web/show.jsp?url=wangzhenbo1008