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分子模拟与太阳能转化团队在《Advanced Materials》上发表科研论文

发布者:超级管理员  发布时间:2017-09-10 19:15:59  浏览:
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        由于人类面临日益严峻的能源环境危机,人工模拟光合反应成为了全世界的研究热点。在自然界的光合反应中,水首先被氧化成氧气而释放。水氧化反应是一个动力学极其缓慢的过程,因此需要开发高效稳定的水氧化催化体系加快反应速度,进而提升整个过程中太阳能到化学能的转化效率。全世界研究人员在合成新型材料和新型纳米组装结构方面进行了大量的尝试,以期寻找高效催化剂来提升催化水氧化效率。
        化学化工学院分子模拟与太阳能转化研究团队的曹睿教授和张伟副教授长期致力于基于先进纳米材料与纳米结构催化体系的水氧化基础与应用研究。自团队成立的近三年来,相继发表了一系列相关领域的高水平科研论文:Advanced Science, 2015, 2, 1500199 (内封面文章); Advanced Energy Materials, 2016, 6, 1502489; Electrochimica Acta, 2017, 224, 421; Advanced Energy Materials, 2017, 7, 1602547 (封面文章); ChemSusChem, 2017, 10, 394; Science Bulletin, 2017, 62, 626。这一系列系统性的水氧化研究特色鲜明,受到国际同行的广泛认可,相继受到ChemSusChem、ChemCatChem、Advanced Energy Materials、Journal of Energy Chemistry、Journal of Materials Research和 Science Bulletin等杂志邀请撰写综述文章和专题文章。
        基于前期的系列结果,团队研究人员在开发用于电催化水氧化的新材料与新结构方面进行了大量尝试,并于近期成功合成了新颖的Co(OH)F多级结构材料。该材料是一种新奇的多级组装体系。其基本结构单元为单晶纳米棒,其次级结构为由纳米棒编织而成的多孔纳米片层结构,其高级结构为由纳米片层结构搭建而成的独立微球聚集体超级结构。这种新颖的材料组装形式导致最终结构中同时包含了一维、二维和三维材料特性,这些多维特性在催化过程中均起到明显的积极作用。一维基本单元的各向异性特性带来快速的电荷转移能力、高比例的低能晶面和超高表面积体积比率;一维结构编织的二维单元带来催化过程中快速的传质与传荷;三维超级结构的高孔隙率可以极大提升底物扩散效率。同时,Co(OH)F也是首次被报导为电催化水氧化催化剂。惰性氟配体的引入不仅形成了新颖的组装结构并很好的稳定了催化剂表面结构。电化学及理论计算表明在催化水氧化前表面二价钴被逐步氧化成高价态活性钴中心。该论文的第一作者为化学化工学院2014级硕士研究生万山红同学,通讯作者为曹睿教授和张伟副教授,理论计算研究得到了学院王渭娜老师的大力支持。论文近期在线发表在化学与材料科学领域顶级期刊《Advanced Materials》上: http://onlinelibrary.wiley.com/wol1/doi/10.1002/adma.201700286/abstract

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        上述研究结果得到了国家“千人计划”、陕西省百人计划、国家基金委自然科学基金、中央高校基金、陕西师范大学启动基金等的大力支持。
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