科研成果

郑耿锋教授科研团队在水分解催化剂上取得重要进展

发布时间:2014-12-15  阅读次数:2486

       近日,先进材料实验室郑耿锋教授课题组在水分解催化剂领域取得重要进展。相关论文发表在Advanced Energy Materials (影响因子14.4)上——“Reduced Mesoporous Co3O4 Nanowires as Efficient Water Oxidation Electrocatalysts and Supercapacitor Electrodes”,并被选为该期杂志的封面。该论文第一作者为先进材料实验室2012级硕士研究生王永成同学。该工作也被Wiley杂志社的中国新闻专刊报道。

       电化学分解水是一种很有前景的能源利用的方法,可将光能/电能储存在化学键中。其中一个关键问题是制备具有高比表面积、高导电性、高催化活性、且廉价的水氧化的催化剂。先进材料实验室郑耿锋教授与物理系杨中芹教授课题组经过探索,寻找到一种简单方便的方法,以调控氧化钴(Co3O4)的电子结构。在此项工作中,他们首先利用水热方法合成具有介孔结构的Co3O4纳米线,并在室温下用硼氢化钠溶液对其进行还原,在表面制造氧空位。由于纳米线的介孔结构具有高比表面积,因此Co3O4固体与硼氢化钠溶液存在大量液-固界面,从而获得大量的氧空位。通过密度泛函理论计算,揭示了氧空位的存在可让Co3O4的能带结构中出现新的杂质态,使Co3O4中的电子变的更加离域,从而提高了其导电性和催化活性。实验结果显示,对比纯的Co3O4介孔纳米线,还原型的Co3O4介孔纳米线的水氧化电流密度呈现出大幅度的提高。在1.65 V的可逆氢电极电势下,还原型Co3O4的电流密度达到13.1 mA/cm2,相比于未处理的Co3O4介孔纳米线提高了7倍。该还原方法简单方便,且不需要高温处理,提供了一种在原子层面控制半导体氧化物的氧空位掺杂结构,提高相应材料的电化学性能的通用方法。

       相关链接:郑耿锋教授课题组主页:http://www.nanolab.fudan.edu.cn/

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