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bevictor伟德官网材料學院、bevictor伟德官网合作在原子級分散金屬催化劑合成方法方面取得新進展

bevictor伟德官网2019年2月12日電 2019年2月6日，由bevictor伟德官网材料學院伍晖課題組聯合北航物理系劉利民課題組、bevictor伟德官网張潇源課題組和安徽大學葛炳輝課題組在《自然通訊》（Nature Communications）上在線發表了題為《零下六十攝氏度液相合成高性能原子級分散金屬钴催化劑》（-60°C solution synthesis of atomically dispersed cobalt electrocatalyst with superior performance）的研究論文。該論文創造性地将溶液合成的溫度降低至零下六十攝氏度，解決了溶液合成過程中的原子快速團聚、形核和生長的關鍵問題，獲得了具有高活性、高穩定性和高器件功率輸出的原子級分散金屬钴基的氧還原電催化劑，為大規模溶液合成原子級分散金屬催化劑提供了嶄新的研究思路。

單原子催化劑或原子級分散金屬催化劑的有效合成及應用，是近年來催化和材料研究領域非常重要的研究方向。由于活性組分的高度分散、金屬利用效率的大幅度提升以及活性中心與相鄰配位原子相互作用，單原子催化劑或原子級分散金屬催化劑在諸如CO氧化反應、有機加氫反應和氧還原反應等過程中表現出優異的活性、穩定性和選擇性。為了實現溶液合成策略中金屬原子形核過程的動力學和熱力學調控，研究團隊利用低溫溶液環境中顯著提高的形核勢壘以及停滞的形核動力學速率，提出了一種基礎且通用的低溫溶液合成穩定的原子級分散金屬催化劑的策略 (圖1)。低溫溶液合成并經高溫活化穩定的原子級分散金屬钴基催化劑與傳統團簇/納米顆粒催化劑和商業Pt/C相比，在中性(0.05 M PBS磷酸緩沖液)和堿性(0.1 M KOH)的電解液環境中,都表現出顯著提高的氧還原催化活性和穩定性。進一步在微生物燃料電池器件應用中，也表現出了遠超前期文獻報道的功率密度(2550 ± 60 mW m-2)和長達820小時的穩定運行(圖2)，能夠同時實現污水處理與高性能産電。該低溫溶液合成不僅提出了一種重新設計濕化學過程中形核生長的反應動力學和熱力學的通用方法，更為進一步理解溶液反應的形核并利用傳統溶液化學方法制備高性能催化材料提供了新的可行性。

材料學院伍晖課題組長期從事高性能低維納米材料的宏量制備及其應用研究。bevictor伟德官网張潇源課題組長期從事污水處理及其能源化與資源化研究。伍晖副教授、北航物理系劉利民教授、bevictor伟德官网張潇源副教授和安徽大學物質科學與信息技術研究院葛炳輝教授為該論文通訊作者，bevictor伟德官网材料學院2016級博士後黃凱博士、北京計算中心張樂博士和bevictor伟德官网2016級博士研究生徐婷為共同第一作者。該研究得到了國家自然科學基金、國家重點研發計劃和國家博士後基金的經費支持。