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[转载]木士春教授在电催化产氢领域又取得重要进展: 热度 2 springbamboo 2019-3-14 20:31; 发布：材料复合新技术国家重点实验室时间：2019-03-14 近日，我校材料复合新技术国家重点实验室木士春教授课题组在富磷型金属磷化物纳米材料电催化产氢研究领域又取得重要进展，研究成果已在国际顶级刊物《能源与环境科学》（ A universal synthesis strategy for P-rich noble metal diphosphide based electrocatalyst for hydrogen evolution reactions . Energy Environmental Science, 2019, 12, 952-957 ）上在线发表，期刊影响因子（ IF ）为 30.067 。过渡金属二磷化物等富磷型磷化物由于具有高的导电性、析氢电催化活性及电化学稳定性，被认为是未来替代铂（ Pt ）基贵金属催化剂的理想材料之一。然而，富磷型过渡金属磷化物由于具有熔点低、热稳定性差等缺点使得大多数富磷型磷化物难以可控合成。另一方面，纯富磷型过渡金属磷化物表面易被氧化，导致合成此类化合物的报道相对较少。因此，急需探索一种简单、通用而高效的过渡金属二磷化物材料的合成方法。近几年来，我校木士春课题组已在过渡金属磷化物的设计、构筑及电催化产氢方面开展了大量研究工作，已在 Angewandte Chemie International Edition 、 Advanced Fucntional Materials 、 Nano Energy 、 Applied Catalysis B: Environmental 等国际权威期刊上发表 20 余篇 SCI 论文。特别是在富磷型金属磷化物研究方面取得了一些原创性成果（ Angewandte Chemie International Edition, 2017, 56, 11559 ）：他们首次借助具有较强络合能力的绿色植酸为磷源，合成出了富磷型二磷化钌（ RuP 2 ），并同时实现了二磷化钌的氮、磷异质原子掺杂碳封装。该封装构型在保持催化剂稳定的同时还改变了二磷化钌表面的电子结构及氢吸附自由能，从而大幅改善催化剂的电化学析氢活性，使其达到类铂的析氢催化性能。该合成方法具有简单、安全和可规模化制备等优点，适合大规模产业化应用。在此基础上，他们近期进一步研究发现，借助不同的贵金属盐及控制前驱体的比例，采用与之前相似的方法可获得一系列的氮原子掺杂碳封装富磷型二磷化物贵金属催化剂（如 IrP 2 、 RhP 2 、 Pd 5 P 2 等），从而证明该合成方法的普适性。其中制得的 IrP 2 催化剂，当作为酸性析氢催化剂时，仅需 8 mV 的过电势即可实现 10 mA cm -2 的析氢电流密度，显示出优于商用铂催化剂（ Pt/C ）的电催化析氢活性（ 18 mV@j=10 mA cm -2 ）。值得关注的是，在酸性条件下，该催化材料还展现出较好的氢氧化反应（ HOR ）催化活性，有望作为质子交换膜燃料电池阳极电催化剂使用。此外，因受氮掺杂碳的封装、限域作用，该催化剂亦表现出了明显优于商用铂催化剂（ Pt/C ）的电化学稳定性能。无疑，该项成果将有力推动富磷型金属磷化物催化剂在电解水制氢、燃料电池及其它领域中的应用。论文通讯作者为木士春教授，第一作者为博士研究生蒲宗华（现为华南理工大学博士后）。该研究得到了国家自然科学基金项目（ No. 51672204 ）支持。; 3785 次阅读|2 个评论

[转载]《德国应用化学》报道我校木士春教授电化学制氢最新研究成果: springbamboo 2017-7-13 17:54; 发布：材料复合新技术国家重点实验室时间：2017-07-13 近日，我校材料复合新技术国家重点实验室木士春教授在电化学制氢方面取得重要进展，研究成果已在国际化学顶级期刊《德国应用化学》上在线发表（ RuP 2 -based Catalysts with Platinum-like Activity and Higher Durability for Hydrogen Evolution Reaction at All pH Values . Angewandte Chemie International Edition, 2017, Doi: 10.1002/anie.201704911 ）。氢被认为是一种理想的能源载体，具有能量密度高、可循环利用和绿色环保等优点，在未来还可广泛用作燃料电池的能源。电解水制氢由于环境友好、产品纯度高以及无碳排放等优点，已引起了人们的广泛兴趣。但目前电解水居高不下的电能消耗增加了制氢成本，成为限制其大规模应用的最重要瓶颈。这就需要大幅降低电极极化，特别是降低阴极析氢反应的过电位，实现在低电位下的大电流产氢。一直以来，铂（ Pt ）基贵金属催化剂被公认为优异的析氢催化剂，但其较高的成本和资源匮乏的缺点限制了其广泛应用。因此，研发低成本的电解水制氢催化剂成为近几年的研究热点。过渡金属二磷化物（ TMPs ）作为一类富磷的金属磷化物，其催化析氢活性高于富金属的磷化物。然而，此方面的研究工作鲜有报道。因此，如何设计和制备富磷的过渡金属磷化物并将其用于电催化析氢有利于降低过电位，进而实现在低电位下的大电流产氢成为大幅降低制氢成本的关键科学问题。课题组首先通过理论计算，发现氮磷双掺杂的碳可有效降低富磷的二磷化钌（ RuP 2 ）对氢吸附自由能，从而达到与铂催化剂接近的氢吸附自由能值。进而利用绿色的植酸为磷源成功合成了氮磷双掺杂碳（ NPC ）为壳， RuP 2 为核的核壳结构复合纳米材料 (RuP 2 @NPC) 。该合成方法具有简单、安全和可规模化制备等优点。所制备的 RuP 2 @NPC 复合纳米结构在中性、甚至强酸、强碱条件下电解水制氢，均表现出与贵金属铂相似的析氢性能。例如，作为酸性析氢电催化剂，在电流密度为 10 mA cm -2 时其过电位仅为 38 mV ，显示出与商用铂碳（ Pt/C ）电催化剂非常相似的电催化析氢性能。同时，氮磷双掺杂碳层可原位包覆在 RuP 2 表面，有效地保护 RuP 2 ，从而改善了其电化学稳定性。因此，这种独特的复合纳米结构促使 RuP 2 催化活性及稳定性能得以大幅提升。更重要的，该研究工作中使用的贵金属钌其价格仅为铂的 4% ，展现出了巨大的应用前景。本论文通讯作者为木士春教授，第一作者为博士研究生蒲宗华。蒲宗华同学自 2015 年入学以来，在不到两年的时间里，已经以第一作者身份在 Angewandte Chemie International Edition 、 Applied Catalysis B: Environmental 、 Chemical Communications 、 Journal of Materials Chemistry A 、 ACS Applied Materials Interfaces 、 Nanoscale 、 New Journal of Chemistry 、 RSC Advances 、 Energy Technology 等国际权威期刊上发表 SCI 论文 11 篇，总影响因子已超过 75 。该项研究获得了国家自然科学基金 (51372186, 51672204) 及校 “ 优博 ” （ 2016-YB-001 ）基金的资助。; 2457 次阅读|0 个评论

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