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近日，遼寧大學(xué)化學(xué)院在三維有序多孔催化劑的形貌調(diào)控和電催化領(lǐng)域的應(yīng)用方面的研究取得了進(jìn)展。熊英教授課題組在Journal of energy chemistry期刊上發(fā)表了題為“CoFe2O4/CoFe loaded 3D ordered hierarchical porous N-doped carbon for efficient oxygen reduction in Zn-air battery and hydrogen evolution”的論文。JEC是一本在能源化學(xué)領(lǐng)域頗具影響力的國(guó)際學(xué)術(shù)期刊（一區(qū)TOP，2024年IF為14.0）。論文的第一作者為化學(xué)院2022級(jí)無(wú)機(jī)化學(xué)專業(yè)博士研究生宋昕倫，通訊作者為化學(xué)院無(wú)機(jī)化學(xué)熊英教授、崔俊碩副教授。

論文簡(jiǎn)介

發(fā)展綠色能源是解決傳統(tǒng)化石能源帶來(lái)的問(wèn)題的關(guān)鍵。電催化水分解、燃料電池和金屬-空氣電池是重要的能量轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)技術(shù)。析氫反應(yīng)（HER）、氧還原反應(yīng)（ORR）和鋅-空氣電池等電化學(xué)反應(yīng)都需要高性能催化劑來(lái)提高反應(yīng)效率。然而，目前應(yīng)用最廣泛的HER、ORR催化劑和鋅-空氣電池正極材料仍然是Pt基材料，但其發(fā)展受到成本高、豐度低等條件的限制。在非貴金屬中，F(xiàn)e-Co雙過(guò)渡金屬已被證明有希望用于HER和ORR。沸石咪唑酸框架（ZIFs）具有獨(dú)特的摻雜能力和含氮配體，熱解后可轉(zhuǎn)化為金屬位點(diǎn)錨定的氮摻雜碳，是電催化劑的優(yōu)良前驅(qū)體。然而，ZIFs衍生材料具有無(wú)序的微孔，這往往會(huì)阻礙電解質(zhì)在催化劑內(nèi)部的傳質(zhì)，限制了內(nèi)部活性位點(diǎn)的利用。為了解決這些問(wèn)題，在這篇論文中，設(shè)計(jì)了一個(gè)三維有序的大孔CoFe2O4/CoFe納米顆粒負(fù)載氮摻雜碳作為ORR和HER的催化劑。以聚苯乙烯微球?yàn)槟０澹苽淞司哂谢ヂ?lián)介孔的三維有序大孔催化劑。負(fù)載的CoFe2O4/CoFe異質(zhì)結(jié)構(gòu)通過(guò)強(qiáng)電子相互作用，優(yōu)化氧中間體吸附與質(zhì)子傳遞路徑，顯著降低反應(yīng)能壘。這種開(kāi)放式三維形貌增強(qiáng)了電解質(zhì)分子的傳質(zhì)能力，大大提高了催化劑內(nèi)部活性位點(diǎn)的利用率，顯著提高了催化活性。在堿性HER催化過(guò)程中，電流密度為10 mA cm-2時(shí)的過(guò)電位為96 mV。在大電流密度（> 235 mA cm-2）下的催化性能優(yōu)于商用Pt/C。在堿性O(shè)RR催化中，半波電位高達(dá)0.896 V。進(jìn)一步組裝成鋅空氣電池，峰值功率密度為163 mW cm-2，比電容達(dá)到815 mAh g-1。這項(xiàng)工作通過(guò)分層孔隙工程和雙金屬協(xié)同來(lái)設(shè)計(jì)多功能電催化劑，為能量轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)技術(shù)提供了新的思路和方法。

作者簡(jiǎn)介

宋昕倫，化學(xué)院2022級(jí)博士研究生。主要研究方向?yàn)檫^(guò)渡金屬納米材料的形貌調(diào)控及電催化的研究。博士期間，發(fā)表SCI論文2篇。獲2024年遼寧大學(xué)優(yōu)秀研究生干部，2022年遼寧省優(yōu)秀畢業(yè)生，2021年沈陽(yáng)市優(yōu)秀研究生。

通訊作者：

熊英，教授，博士生導(dǎo)師，化學(xué)院副院長(zhǎng)。研究方向?yàn)闊o(wú)機(jī)分離與功能材料，主要從事稀散、稀土元素分離與功能材料的研究工作。遼寧省“興遼英才計(jì)劃”青年拔尖人才，遼寧省“百千萬(wàn)人才工程”百人層次，遼寧省教學(xué)名師，遼寧省高等學(xué)校科技優(yōu)秀人才，沈陽(yáng)市“領(lǐng)軍人才”等。在J. Am. Chem. Soc., Adv. Funct. Mater.，J. Mater. Chem. A，J. Hazard. Mater.，Bioresource Technol.，Chem. Eng. J.等在本領(lǐng)域有較強(qiáng)影響力的國(guó)際期刊上發(fā)表論文100余篇。主持國(guó)家級(jí)項(xiàng)目5項(xiàng)及其他省部級(jí)項(xiàng)目11項(xiàng)。榮獲第十一屆遼寧青年科技獎(jiǎng)，遼寧省自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)2項(xiàng)，遼寧省科學(xué)技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)1項(xiàng)，其他政府科技獎(jiǎng)3項(xiàng)，遼寧省自然科學(xué)學(xué)術(shù)成果獎(jiǎng)10項(xiàng)，省級(jí)成果轉(zhuǎn)化項(xiàng)目2項(xiàng)。授權(quán)國(guó)家發(fā)明專利25項(xiàng)。出版學(xué)術(shù)專著《稀散金屬溶劑萃取分離化學(xué)》等3部。

崔俊碩，遼寧大學(xué)化學(xué)院副教授，碩士生導(dǎo)師，沈陽(yáng)市高級(jí)人才、沈陽(yáng)市化學(xué)會(huì)理事、遼寧省企業(yè)科技特派員。主要從事石墨烯分散劑的設(shè)計(jì)、合成，納米碳基能源材料的制備與應(yīng)用、多孔吸附分離薄膜材料的設(shè)計(jì)與制備等研究工作。以第一及通訊作者在Advanced functional materials, Chemistry of Materials，Small等學(xué)術(shù)期刊發(fā)表研究論文20余篇，以第一發(fā)明人獲得授權(quán)發(fā)明專利7項(xiàng)。主持完成國(guó)家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目1項(xiàng)，遼寧省教育廳青年科技人才“育苗”項(xiàng)目等省級(jí)項(xiàng)目多項(xiàng)。獲遼寧省自然科學(xué)學(xué)術(shù)成果二等獎(jiǎng)1項(xiàng)、沈陽(yáng)市自然科學(xué)學(xué)術(shù)成果三等獎(jiǎng)1項(xiàng)。

【文章鏈接】https://doi.org/10.1016/j.jechem.2025.02.029