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　　工學(xué)院鄒如強(qiáng)課題組在穩(wěn)定高效電解水制氫催化劑材料研究中取得重要進(jìn)展

　　北京大學(xué)工學(xué)院鄒如強(qiáng)">鄒如強(qiáng)課題組近期在穩(wěn)定高效電解水制氫催化劑材料研究中取得重要進(jìn)展，在材料與能源領(lǐng)域著名期刊《先進(jìn)能源材料》發(fā)表題為“Metal-Organic Frameworks Derived Cobalt Phosphide Architecture Encapsulated into B/N Co-Doped Graphene Nanotubes for All pH Value Electrochemical Hydrogen Evolution”的文章。

　　進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，傳統(tǒng)化石能源的枯竭與高污染帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題成為全球共同面對(duì)的挑戰(zhàn)，開(kāi)發(fā)新型清潔能源勢(shì)在必行。氫具有高能量密度，其本身無(wú)毒，燃燒產(chǎn)物只生成水，基于氫燃料的燃料電池被認(rèn)為是最有發(fā)展前景的清潔能源。電解水析氫是目前最有效的制氫方法，為降低過(guò)電勢(shì)、提高反應(yīng)速率，電催化劑的應(yīng)用必不可少。高效電解水需要用到昂貴的貴金屬催化劑和對(duì)設(shè)備腐蝕嚴(yán)重的強(qiáng)酸性電解液，這使得高成本、低產(chǎn)出與安全性問(wèn)題成為了主要的制約因素。電解水產(chǎn)氫的另一大優(yōu)勢(shì)在于原料來(lái)源廣泛，各種酸堿性電解液、工業(yè)廢水以及海水都可作為天然的制氫原料，這就需要催化劑在全pH電解液中都表現(xiàn)出高催化活性。傳統(tǒng)貴金屬催化劑在酸性下活性較高，而在中性和堿性電解液中表現(xiàn)較差。因此，開(kāi)發(fā)廉價(jià)、穩(wěn)定、安全、高效的全pH新型催化劑成為了當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。

　　鄒如強(qiáng)">鄒如強(qiáng)課題組近期報(bào)道了一種簡(jiǎn)單的無(wú)催化劑方法制備硼氮共摻雜石墨烯納米管材料的新方法，通過(guò)高溫共熱解，調(diào)整碳源前驅(qū)體聚乙二醇的分子量，可一步控制生成硼氮共摻雜石墨納米管材料，該材料具有良好的導(dǎo)電性和催化活性，同時(shí)其豐富的雜原子基團(tuán)可為其它功能化納米顆粒提供良好的附著點(diǎn)，是一種理想的基底材料(J. Mater. Chem. A, 2016, 4, 16469-16475)。進(jìn)一步在制備硼氮共摻雜石墨烯納米管的過(guò)程中引入鈷基金屬有機(jī)骨架(MOFs)為前驅(qū)體模板，設(shè)計(jì)合成了一種硼氮共摻雜石墨烯納米管(BCN)包裹磷化鈷納米顆粒的復(fù)合材料(CoP@BCN)，用作電解水析氫反應(yīng)的催化劑。作為前驅(qū)體的MOFs、聚乙二醇以及硼源和氮源經(jīng)均勻混合，通過(guò)共熱解法一步合成Co@BCN復(fù)合材料，進(jìn)一步磷化得到CoP@BCN。該方法得到的CoP納米顆粒被保護(hù)性碳層覆蓋，并包裹在BCN納米管內(nèi)，有效防止了團(tuán)聚和電解液腐蝕。它在酸性、中性和堿性條件下達(dá)到10 mA cm-2電流密度時(shí)的過(guò)電勢(shì)分別為87、122和215毫伏，法拉第效率分別為99.5%、76.7%和88.5%，表現(xiàn)出了極高的電催化活性和穩(wěn)定性。

　　該成果展示了一種簡(jiǎn)單制備高效氫析出催化劑的策略，并為未來(lái)的復(fù)合型催化劑設(shè)計(jì)及解決穩(wěn)定性問(wèn)題提供了新思路。相關(guān)文章發(fā)表于Advanced Energy Materials，并于當(dāng)期Inside Front Cover做簡(jiǎn)要介紹。該工作也被Wiley旗下MaterialsViews專文報(bào)告。論文第一作者是13級(jí)博士生Hassina Tabassum，鄒如強(qiáng)">鄒如強(qiáng)是論文的通訊作者。

　　鄒如強(qiáng)">鄒如強(qiáng)課題組長(zhǎng)期致力于金屬有機(jī)骨架衍生復(fù)合材料的設(shè)計(jì)合成及其在能源領(lǐng)域的應(yīng)用方面的研究，并取得系列進(jìn)展。以金屬有機(jī)骨架為前驅(qū)體制備的非貴金屬催化劑在眾多領(lǐng)域都表現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景，有望取代貴金屬基催化劑，近年來(lái)成為能源與催化領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。該課題組近期發(fā)表多篇相關(guān)論文(Adv. Mater., 2016, 28, 6391–6398; ACS Energy Lett., 2017, 2, 504–511，Carbon, 2017, 4, 284-290等)，并受邀于化學(xué)和材料領(lǐng)域著名期刊上撰寫(xiě)綜述文章(Adv. Energ. Mater., 2016, 1600423; Angew. Chem. Int. Ed., 2016, 55, 2650–2676; Chem, 2017, 2, 52–80)。

　　本研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家“萬(wàn)人計(jì)劃”青年拔尖人才、北京市科委等項(xiàng)目的資助。

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