原位合成的钴炭复合物作为高效制备氢气和氧气的双功能电催化剂

 申报人
金海燕 (化学系)
 成果简介
氢能因热值高、原料水来源广泛、产物无污染,成为未来最理想的新能源。21世纪,我国和美国、日本、欧盟等都制定了氢能发展规划,也被国际公认为最有可能率先实现氢燃料电池和氢能汽车产业化的国家。碱性电解水因其纯度高、无污染是最早商业化的电解技术。目前高效制备氢气的催化剂依然是铂系贵金属催化剂,然而铂的稀有性和高昂的价格限制了它的广泛应用,这就需要我们探索价格低廉、高效率的廉价金属催化剂。 金属钴在自然界广泛存在,价格低廉,钴对于氢的脱附具有较低的能量障碍,因此是理想的制氢催化剂。钴的氧化物对于氧气的生成也表现出较好的性能,但是纯的金属氧化物导电性低,容易聚集和失活。氮掺杂多孔炭材料具有高的比表面积及高导电性,利用它做载体可以很好的解决钴氧化物聚集和失活的问题。 目前合成的催化剂只能作为单电极制备氢气或着氧气,那么我们能否设计出一种催化剂既能制备氧气又能制备氢气呢,甚至是组装成碱性电解池?本论文充分利用单质钴,钴的氧化物和氮掺杂碳的优异性能,通过一步煅烧法合成了钴炭复合催化剂(CoOx@CN)。这种催化剂的单质钴被碳包覆,钴的氧化物均一负载在氮掺杂碳上。该制备方法从廉价的生物质及商业化的金属钴盐出发,方法简单、易于规模化且价格低廉。该催化剂开创性的能够同时用于阴阳两极,高效率的制备氢气和氧气。论文还通过对电催化实验的巧妙设计,进一步揭示了钴炭复合物高效产氢的机理和原因。此外,将该催化剂组装成碱性电解池也表现出了很高的效率,这对于开发高效率的廉价金属总电解水催化剂提供了思路和可能。 相关论文发表在J. Am. Chem. Soc. (IF= 12.1,2015, 137, 2688−2694),已被引用58次,被杂志评选为高被引论文,热点论文。
 申报人微介绍

以王勇教授为课题组长的“先进材料与多相催化”团队致力于多孔纳米材料的设计合成及其在多相催化、能源转化与储存领域的应用基础研究。课题组开发的多个多相催化加氢催化剂目前已经在合作企业进行中试(单管实验)或进入产业化放大设计阶段。团队先后承担了国家自然科学基金、浙江省杰出青年基金、企业重大横向及“万人计划”青年拔尖人才等项目。近年来,团队在Nat. Commun.,J. Am. Chem. Soc.,Angew. Chem. Int. Ed.,ACS catal.等国际知名刊物上累积发表论文70余篇,授权国家发明专利10余项。

 资料链接
评选办法
为充分调动我校学生学术科研积极性,鼓励学生开展跨学科交流与研究,营造浓厚的校园学术氛围,增强学生学术创新意识,提高学生学术科研水平,提升学生学术自信,校学生会、研究生会、博士生会、校学术委员会、党委宣传部、党委学工部、党委研工部、校团委联合举办“启真杯”浙江大学2015年度学生十大学术新成果评选活动......[详细]