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无机合成与制备化学实验室在催化新材料的合成研究方面取得重要进展

发布者: [发表时间]:2015-12-08 [来源]: [浏览次数]:

发展清洁的氢气燃料是人类摆脱对化石燃料依赖的重要途径之一,也是解决当前化石燃料过度使用所带来的环境问题的有效手段。水裂解制氢技术尤为引人关注,而这项技术的核心是高效催化新材料的合成,目前存在许多挑战。

在国家自然科学基金委,吉林省科技厅和吉林大学无机合成与制备化学国家重点实验室的支持下,该重点实验室的科研人员选取新型不含贵金属的水裂解催化材料为研究对象,开展了结构设计、合成及性能等方面的探索研究。利用不同组元间的强耦合杂化作用和纳米结构效应,对催化材料的有效活性位点进行了调控,实现了增加活性位点数量、提高活性位点活性及增强活性位点稳定性的目的。利用“自下而上”的无机纳米材料制备技术,从原子、分子或纳米晶簇的水平上对材料的组成、结构和形貌等微结构参数进行调控,成功地制备了全pH值稳定工作的、高效核壳型Mo2C/C水还原催化材料。通过系统的实验和理论研究,揭示了核壳结构界面活化作用的本质。碳化物被纳米碳包覆后,碳化物通过异质界面调控纳米碳壳的电子结构,在纳米碳壳上生成高活性的催化反应位点。该研究工作发表在Angew. Chem. Int. Ed.(2015, 54, 10752)上,并被选为插图文章。

在此基础上,该室的科研人员进一步发展了催化材料合成新策略,合成出高指数晶面暴露的Ni3S2纳米片阵列材料,从实验和理论两方面证实了高指数晶面含有更多的高活性催化位点。高指数晶面和纳米片阵列结构的有机结合,使得该材料具有高效的水还原和水氧化双面催化功能。该结果发表在J. Am. Chem. Soc.(2015, 137, 14023)上,并被选为封面文章。J. Am. Chem. Soc.还以“Water Splitting Gets a Boost from Mineral-Based Catalyst”为题对其进行了亮点报道。