新聞網(wǎng)訊 近日，物理科學(xué)學(xué)院博士研究生劉進華以第一作者在Cell Press跨學(xué)科綜合期刊《iScience》發(fā)表了題為“Dendritic boron and nitrogen doped high-entropy alloy porous carbon fibers for high-efficiency hydrogen evolution reaction”（樹枝狀硼和氮元素摻雜高熵合金多孔碳纖維用于高效析氫反應(yīng)）的研究論文（iScience, 27: 109616 (2024)）。物理科學(xué)學(xué)院教授龍云澤與紡織服裝學(xué)院教師鄭杰為該論文的通訊作者。
為了滿足現(xiàn)代社會的能源需求，尋求可持續(xù)、清潔和高效率的能源生產(chǎn)尤為重要。電解水是一種高效的可持續(xù)氫生成途徑，被認為是未來可再生能源生產(chǎn)、儲存和使用的有效方法。電解水由兩個半反應(yīng)組成，分別是陰極析氫HER和陽極析氧OER。由于存在HER和OER過電位，水的實際分解電壓遠高于理論分解電壓1.23 V。高效催化劑的設(shè)計和合成是提高水電解制氫能效的關(guān)鍵。在各種電催化劑中，高熵合金以其獨特的性能和優(yōu)異的析氫反應(yīng)HER催化活性而備受關(guān)注。然而，小尺寸高熵合金催化劑的精確合成仍然具有挑戰(zhàn)性，這限制了其催化性能的進一步提高。受樹枝發(fā)芽和生長的啟發(fā)，劉進華等采用靜電紡絲技術(shù)成功制備了具有原位生長樹突結(jié)構(gòu)的硼和氮元素摻雜高熵合金多孔碳納米纖維。此外，樹突纖維抑制了高熵合金粒子的生長，從而合成了量子點尺寸（1.67 nm）的高熵合金粒子。在1摩爾KOH、10 mA/cm2電流密度下，樹枝狀硼和氮元素摻雜高熵合金多孔碳納米纖維能夠達到34.4~38.5 mV的最低過電位和35.45mV/dec的低塔菲爾斜率。具有多孔表面的氮元素摻雜碳納米纖維能夠提高催化劑的導(dǎo)電性，加快電子和物質(zhì)的傳輸，并避免高熵合金納米粒子的團聚。硼元素的引入使得纖維分化發(fā)芽形成樹枝狀結(jié)構(gòu)。樹枝狀結(jié)構(gòu)能夠分化出更多的接觸位點，碳纖維和高熵合金結(jié)合可以加速電子和離子的傳輸，從而降低動力學(xué)反應(yīng)勢壘，用硼元素摻雜可以調(diào)節(jié)電子構(gòu)型并優(yōu)化催化劑表面上的熱力學(xué)氫吸附/脫附，這是提高電催化效率的原因。該工作對其他元素組合的硼化高熵合金纖維的制備以及開發(fā)探索樹枝狀納米纖維在電化學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用提供了新的設(shè)計思路。
此外，劉進華還以第一作者在期刊《Renewable and Sustainable Energy Reviews》（可再生與可持續(xù)能源評論，SCI影響因子15.90）上發(fā)表了“Review on electrospinning anode and separators for lithium ion batteries”（Renewable and Sustainable Energy Reviews, 189: 113939 (2024)）。本文重點介紹了靜電紡絲納米材料在鋰離子電池負極和隔膜方面應(yīng)用的最新進展。此外，靜電紡絲可以用于制備鈉/鉀離子電池和固態(tài)電池的電極、隔膜/固態(tài)電解質(zhì)材料。最后，對靜電紡絲技術(shù)的商業(yè)化、電池產(chǎn)業(yè)化的前景以及鋰離子電池和其他替代材料的未來發(fā)展進行了討論。論文第一作者為物理科學(xué)學(xué)院博士生劉進華和王蓬，通訊作者為龍云澤和張俊。
兩篇文章的原文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.isci.2024.109616
https://doi.org/10.1016/j.rser.2023.113939
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