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    【科研速遞】材化學院高鵬教授團隊在Applied Catalysis B: Environmental發表最新研究成果

    來源 : 材料與化學化工學院     作者 : 許傅春     時間 : 2020-12-03     

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    材化學院高鵬教授團隊在Applied Catalysis B: Environmental發表最新研究成果


    近日,杭師大材料與化學化工學院高鵬教授團隊在光電化學氨合成反應中取得最新進展,團隊通過合成新型的硼摻雜鉍納米卷結構用于光電化學氨合成,在酸性電解液表現出優異的固氮性能,相關成果以“Boron Doping and High Curvature in Bi Nanorolls for Promoting Photoelectrochemical Nitrogen Fixation”為題在Applied Catalysis B: Environmental(2019IF:16.68)上發表。

    氨是一種重要的化工原料,可用于生產農用化肥、含氮藥物、高分子材料等,也是公認的一種潛在的氫存儲載體。然而,氮氣分子性質非常穩定,其N≡N的鍵能高達940.75kJ/mol,因此,如何實現N2分子的活化,并實現高效的NH3合成意義重大。目前,工業氨合成采用“Haber-Bosch”法需在高溫高壓條件下進行,造成了極大的能源消耗與嚴重的環境污染問題。

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    (A)   光陰極催化劑的主要設計思路(B)光電化學固氮性能(C)氨的同位素標記


    有鑒于此,團隊設計了一種新型光電化學固氮方法,利用光陽極半導體產生的光生電子驅動陰極的N2還原反應,可以高效利用太陽能用來合成氨,且該反應是在常溫常壓條件下進行,緩解了現有Haber法高耗能、高污染問題。

    研究發現,層狀溴氧鉍在強還原劑(NaBH4)作用下,溴氧鉍單層拓撲轉化成Bi納米卷并實現原位B元素摻雜。將該催化劑用于氨合成光陰極,在0.05 M H2SO4溶液和0.48 V的偏壓下,氨生成速率是29.2 mgNH3 gcat.-1 h-1,法拉第效率達到了8.3%。結合理論計算發現,B元素的摻雜顯著降低了鉍催化劑氮還原的決速步N2 → *NNH的活化能。同時,卷曲結構促進了N2分子在催化劑表面的吸附、活化并抑制了競爭性的氫析出反應,提高了整個催化劑固氮的活性和法拉第效率。該工作為今后光電化學固氮催化劑的設計提供了一種新的思路。

    材化學院2018級研究生許傅春為論文第一作者,杭師大材化學院葉偉博士、高鵬教授,中國科技大學熊宇杰教授、蘇州大學孫中體博士為論文共同通訊作者,杭師大為論文第一通訊單位。該工作得到了國家自然科學基金、浙江省自然科學基金的資助。



    人物簡介:

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    高鵬


    高鵬,材料與化學化工學院教授,博士生導師。主要研究方向為催化材料、儲能材料。率先在國際上提出了多位點儲氫理論體系和制-儲氫-體化理論體系,開發出可逆儲氫容量達到國際最高值(12.2 wt%),提出制-儲氫-體化材料體系,實現了近100%的生成氫到儲存氫轉化效率。在Chem、Nano Energy、Applied Catalysis B: Environmental、Small等期刊發表研究論文120余篇,總影響因子600余,他引4600余次,5篇入選ESI高被引論文,個人H因子38。已獲國家授權發明專利11項,并轉化4項。

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    葉偉


    葉偉,特聘副研究員,主要研究方向為先進功能材料的合成方法學和光/電化學能源轉化。先后主持國家自然科學基金、浙江省自然科學基金以及浙江省教育廳一般項目等項目。以第一作者或通訊作者身份在Chem、Nano Energy、Applied Catalysis B: Environmental、Small、Nano Research、Applied Catalysis A:General等知名期刊上發表論文10余篇,總引用次數1000余次。申請發明專利3件,入選浙江省首批“浙江省高校領軍人才培養計劃”青年優秀人才。

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    許傅春


    許傅春,材料與化學化工學院2018級研究生,目前研究方向為納米材料和光電固氮。

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