刘生忠课题组在单原子掺杂电催化水氧化等方面研究取得新进展

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电催化水氧化一直以来在能量储存和转换方面扮演着重要的作用，目前水氧化最大的挑战仍然是寻找廉价、高效和超稳定的催化剂来替代贵金属基材料如IrOx, RuOx等。Ni(OH)2基材料是电催化水氧化的热门材料之一。电催化分解水产氧是一个多步骤多电子参与的反应，对催化剂具有高的要求，首先应具备较好的放电能力用于吸附反应液里游离水分子；其次应提供适宜的反应位点用于反应中间体的吸附脱附提供电子供应，即分解水产氧催化剂应至少具备双反应位点：水的吸附和中间体吸附脱附。

基于上述考虑，材料科学与工程学院刘生忠教授团队选用高价态、多外层空轨道的W元素，采用醇热法对Ni(OH)2进行单原子掺杂来构建水氧化的反应位点。利用球差电镜、同步辐射以及紫外可见吸收共同验证了W元素在Ni(OH)2晶格内是以单原子的形式存在。W-Ni(OH)2催化剂表现出优异的电催化产氧活性，实现了在10 mA cm-2电流条件下的237mV的过电位，且在高电位80mA cm-2电流条件下，其过电位为267mV。且该催化剂表现出了可观的稳定性。团队也结合理论计算验证了单原子存在的W位点对水氧化的中间体O-O耦合等步骤具有降低反应过电位的能力。相关研究结果以我校为第一署名单位发表在在国际综合性期刊《Nature Communications》上。第一作者为我校闫俊青副教授，我校硕士生孔令巧和苏州大学博士生纪玉金为论文并列一作。我校刘生忠教授、苏州大学李有勇教授以及澳大利亚纽卡索大学马天翼博士为论文共同通讯作者。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-019-09845-z

刘生忠，男，1963年生，宁夏平罗人。陕西师范大学教授、国家特聘教授。1983年获陕西师范大学理学学士学位，1986年获兰州大学理学硕士学位，1992年获美国西北大学工学博士学位。刘生忠教授研究领域集中在纳米材料、薄膜材料、太阳能光伏材料、电光薄膜的电化学沉积、激光表面处理和光伏技术的开发、放大和生产。研究成果发表在世界著名刊物上，包括美国的《Science》和英国的《Nature》。研究成果引起了广泛重视，其发表在《Science》上的C60分子结构被国际著名杂志长期用作封面照片，发表在英国《Nature》上的成果被许多报纸、刊物报道评论，多篇论文成为被“最多引用的论文”（most cited paper）。主要发明和专利中有多项已转化成工艺和产品，其它大部分被应用在生产上，其中“透明太阳能薄膜电池”荣获号称“发明家的奥斯卡奖”的“世界最佳发明奖”（R&D 100）。1998年入选“世界科学家工程师名人录”。2011年，刘生忠教授入选国家创新人才长期项目。