学术视点

鲁效庆教授团队在能源转化与存储方面取得系列进展

作者:王兆杰发布时间:2021-07-08浏览次数:398

近日,我院鲁效庆教授团队在能源转化与能量存储领域取得系列进展,相继在Applied Catalysis B: EnvironmentalMaterials Today PhysicsSmall等国际知名学术期刊发表学术论文4篇。该系列成果得到国家自然科学基金、山东省自然科学基金和中央高校基本科研基金资助。

能源转化和能量存储是解决能源和环境问题的关键技术。在新能源开发过程中,其性能极大地依赖于电极材料结构、表面化学特性和组成等。鉴于此,团队从材料的设计、合成出发,通过材料的价态结构、表面重构、配位环境、插层结构等策略,调控电极材料电子结构,揭示材料微观结构与电化学性能之间的关系,为小分子电催化转化、电化学储能材料的设计与合成提供了实验和理论依据。

题为《优选Co2 +Ni3+的价态同时逆向调控,用于增强全解水催化》(Contemporaneous inverse manipulation of the valence configuration to preferred Co2+ and Ni3+ for enhanced overall water electrocatalysis) 的研究论文发表在Applied Catalysis B: Environmental杂志上 (Appl. Catal. B Environ., 2021, 284, 119725)。该工作以原位生长于泡沫镍的NiCoFe 三元类普鲁士蓝超级结构作为模板,通过烧结以及Ar/H2氛围下的高温热处理实现了Co3+ → Co2+Ni2+ → Ni3+的优势价态调控,并有效提高了催化剂的OER性能。DFT计算表明,NiIIICoIIFe-O@NF可以通过平衡析氢过程中的OH-的吸脱附过程,优化H*的吸附动力学;促进析氧过程中*OOH 的形成进而优化 OER 反应路径。该论文第一作者为王兆杰副教授,通讯作者为鲁效庆教授。Applied Catalysis B: Environmental属于化学类一区TOP期刊,影响因子为19.503。钴基电催化剂的价态组成影响碱性电解水性能的进一步研究以论文《磷酸锌钴表面富Co2+Co3+()氢氧化物表面重建的简易调控用于碱中大电流密度析氢》(Facile control of surface reconstruction with Co2+ or Co3+-rich (oxy)hydroxide surface on ZnCo phosphate for large-current-density hydrogen evolution in alkali)发表在SCI一区TOP期刊Materials Today Physics杂志上 (Mater. Today Phys., 2021, 20, 100448), 影响因子为9.298,作者为2019级硕士生刘欢欢,通讯作者为王兆杰副教授和鲁效庆教授。

题为《N, S共配位能提升单原子催化剂还原二氧化碳性能吗? Fe-N2S2 卟啉挑战 Fe-N4 卟啉》(Can N, S Cocoordination Promote Single Atom Catalyst Performance in CO2RR? Fe-N2S2 Porphyrin versus Fe-N4 Porphyrin)的研究论文发表在Small杂志(10.1002/smll.202100949)。该工作以Fe-N4 卟啉为例,探究了在氮配位中引入对位硫原子进行活性位点的电子结构调控作用。在氮配位中引入硫原子可以暴露出铁的dz2轨道,因而利于电催化CO2还原过程中反应中间体的质子化过程。Fe-N4 卟啉有利于催化CO2还原产生甲酸,限制电位为-0.70VFe-N2S2卟啉倾向于催化CO2还原产生甲酸和甲醇,限制电位分别为-0.38 V-0.40 V,超越了目前大多数的Cu基催化剂和单原子催化剂。该工作证明,相比于传统的氮配位,氮硫共配位可为单原子位点提供更优异的催化环境,在电催化CO2中表现出更优异的性能。该论文第一作者为2020级博士生曹守福,通讯作者为魏淑贤副教授和鲁效庆教授。Small属于SCI一区TOP期刊,影响因子为13.281

题为《由CoS2改性碳布组装而成的夹层正极用于高性能锂硫电池》(Sandwiched Cathodes Assembled from CoS2-Modified Carbon Clothes for High-Performance Lithium-Sulfur Batteries) 的研究论文发表在Advanced Science杂志上(Adv. Sci. 2021, 2101019)。该工作制备了一种覆盖CoS2纳米颗粒的碳布(CC-CoS2),它既可以作为三维(3D)集流体,又起到阻挡可溶性多硫化锂迁移的物理化学屏障的作用。电化学性能结果显示,硫负载量为1.2mg·cm-2Al@S/AB@CC-CoS2电池具有较高倍率性能(4 C时,容量约为823 mAh·g-1)和容量保持率,其优异的电化学性能归因于具有活性催化成分的夹层结构。该论文第一作者为合肥工业大学许俊教授,鲁效庆教授为通讯作者。Advanced Science属于SCI一区TOP期刊,影响因子为16.806

鲁效庆教授团队(http://nees.sci.upc.edu.cn)长期从事新能源与环境相关领域的应用基础研究。近年来在国家自然科学基金、山东省自然科学基金等资助下开展了气体吸附/分离材料设计、电催化剂的设计合成、电化学储能器件等方面的研究工作,授权国家发明专利20余项,发表SCI学术论文100余篇,培养的研究生获得山东省研究生科技创新成果奖、山东省优秀硕士学位论文、中国石油大学优秀硕士学位论文、中国石油大学学术十杰提名以及研究生国家奖学金等多项荣誉称号。

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https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0926337320311425

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2542529321001097

https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/smll.202100949

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202101019