哈尔滨工业大学化工与化学学院王振波

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王振波，博士，现任哈尔滨工业大学化工与化学学院教授，博士生导师；黑龙江省工业技术研究院研究员。国家“万人计划”科技创新领军人才、科技部中青年科技创新领军人才；黑龙江省“龙江学者”特聘教授；山东省泰山产业领军人才；连续5年(2014-2018)入选Elsevier中国高被引科学家。多年来，他一直从事能源转化与存储相关领域研究，在低温燃料电池催化剂、锂电池正极材料、锂(钠)离子混和电容器等领域取得一系列高水平研究成果；在国际高水平期刊发表SCI论文180多篇，SCI收录论文他引4500次以上，H因子高达37；获国家授权发明专利31项，其中转化16项。

教师姓名 王振波
系主任/教授
所属学科
应用化学

研究方向
新型化学电源、电催化、纳米电极材料

联系方式
电  话：18645006176
E-mail：wangzhb@hit.edu.cn
办公地址 明德楼C1318
通讯地址：哈尔滨工业大学明德楼C1318室
邮政编码：150001

荣誉称号
14. 2018年入选第四批国家“万人计划”科技创新领军人才
13. 2018年入选最具世界影响力的中国学者榜单(爱思维尔(Elsevier), 能源领域)
12. 2017年入选科技部中青年科技创新领军人才
11. 2017年入选最具世界影响力的中国学者榜单(爱思维尔(Elsevier), 能源领域)
10. 2017年入选山东省泰山产业领军人才
9. 2017年入选黑龙江省"龙江学者"特聘教授
8. 2017年入选山东省德州安澜产业领军人才
7. 2016年入选最具世界影响力的中国学者榜单(爱思维尔(Elsevier), 能源领域)
6. 2016年入选河北省开发区3.20创新人才
5. 2015年入选最具世界影响力的中国学者榜单(爱思维尔(Elsevier), 能源领域)
4. 2014年入选最具世界影响力的中国学者榜单(爱思维尔(Elsevier), 能源领域)
3. 2012年度湖州市“南太湖特聘专家”
2. 2008年 获“全国优秀博士论文提名论文奖”
1. 2007年 获“哈尔滨工业大学优秀博士学位论文”

工作经历
1998年7月—2003年6月 哈尔滨工业大学助教
2003年7月—2007年6月 哈尔滨工业大学讲师
2007年6月—2013年11月 哈尔滨工业大学副研究员
2008年4月—今 哈尔滨工业大学硕士生导师
2011年4月—今 哈尔滨工业大学博士生导师
2013年12月—今 哈尔滨工业大学教授
2015年3月—今 黑龙江省工业技术研究院研究员

教育经历
1994年9月—1998年7月：哈尔滨工业大学电化学专业学习，获学士学位；
2001年9月—2003年1月：哈尔滨工业大学应用化学专业学习，获硕士学位；
2003年2月—2006年1月：哈尔滨工业大学应用化学学科学习，获博士学位；
2006年3月-—2007年3月：美国波多黎各大学化学系博士后；
2012年8月—2015年5月： 哈尔滨工业大学材料学院博士后。

主要任职
《Journal of Chemical Engineering and Materials Science》编委
《储能科学与技术》编委
《炭素》编委
《锂电世界》编委
中国电工技术学会碳-石墨材料专委会委员
国际电化学会会员
中国化学会会员
浙江省铅酸蓄电池标准化委员会顾问
中国化工学会储能工程专委会委员
中国化学会电化学专业委员会委员

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王振波教授和纽约州立大学布法罗分校的武刚教授合作以ZIF-8高温碳化后的氮掺杂碳(ZIF-NC)为基体，经Fe3+吸附和热活化过程制备了具有原子级分散FeN4活性中心的Fe-N-C催化剂，并借助该模型系统研究并揭示了高性能FeN4活性中心在热活化过程中的形成机理，如图1所示。

图1 以氮掺杂多孔碳(ZIF-NC)吸附Fe3+建立的模型系统示意图

高性能、低成本非贵金属氧还原催化剂的研究制备是实现质子交换膜燃料电池商业化应用的关键，Fe与N共掺杂的碳材料(Fe-N-C)是目前活性最高的非贵金属催化剂，其中FeN4配位结构被认为是最主要的活性中心。但是高性能FeN4活性中心的形成机理尚不明确，因为现有催化剂都是通过高温热解过渡金属盐、氮源、碳源组成的前驱体制备的，Fe-Nx结构的演化过程与高温碳化过程及氮掺杂过程同时发生。探索并研究FeN4活性中心的形成机理有助于Fe-N-C催化剂的合理设计与性能的进一步提高。

研究团队首先借助透射电子显微镜(TEM)、Raman、N2吸脱附测试、X-射线粉末衍射(XRD)以及X-射线光电子能谱(XPS)等物理表征确认了上述模型系统的有效性—碳基体的形貌、结构以及氮掺杂在热活化过程中并没有发生明显的变化。随后借助原子级分辨率的扫描透射电子显微镜(STEM)以及X-射线吸收光谱(XAS)对热活化过程中Fe物种的分散状态与结构演化进行了表征分析，借助旋转圆盘圆环电极(RRDE)及燃料电池对催化剂的性能演化进行测试，建立了热活化过程中催化剂结构-性能演化关系并对其进行了第一性原理研究，如图2所示。结果表明：(1) Fe3+吸附过程形成的FeOx颗粒在热活化过程中会降解转化为原子级分散的FeN4配位结构，从而增加FeN4活性中心的密度，该过程的发生源于FeN4结构的热稳定性高于FeOx；(2) 室温下生成的Fe-Nx配位结构在热活化过程中配位数增加、对称性下降、Fe-N键长变短、Fe-N结合强度增加，FeN4结构中Fe-N键的收缩会改变中心Fe离子及周围C原子的电荷分布，从而促进O2在FeN4位点上的吸附及随后的O-O键断裂过程，增加FeN4活性中心的本征活性与稳定性；(3)400℃的活化即可生成稳定、高效的FeN4活性中心，说明传统热解型Fe-N-C催化剂制备过程中800℃及以上的高温只是前驱体碳化的必要温度而不是活性中心生成的必要温度。

除此之外，该模型体系首次实现了在不改变碳基体孔结构及氮掺杂的前提下对FeN4活性中心密度的调控，为其他相关理论研究提供了良好的平台。经过对碳基体结构及Fe3+吸附量的优化之后，所得催化剂在0.5 MH2SO4中催化ORR的半波电位高达0.84 V(vs. RHE, 0.6 mg/cm2)，燃料电池测试中0.9V处电流密度高达30mA/cm2(美国能源部目标44 mA/cm2)，是现有报道的最高值。

相关结果发表在Angew.Chem.Int.Ed.上，文章的第一作者是哈尔滨工业大学的博士研究生李加展，哈工大为论文的第一通讯单位。

Jiazhan Li, Hanguang Zhang, Widitha Samarakoon, Weitao Shan, David A. Cullen*, Stavros Karakalos, Mengjie Chen, Daming Gu, Karren L. More, Guofeng Wang, Zhenxing Feng*, Zhenbo Wang*, and Gang Wu*. Thermally Driven Structure and Performance Evolution of Atomically Dispersed Fe-N4 Sites for Oxygen Reduction. Angew. Chem. Int. Ed., 2019, In press

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/anie.201909312

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哈尔滨工业大学王振波教授、阙兰芳博士等人对3.3 V“未知”低压平台的成因进行了探索，认为低电压平台的形成源自合成过程中氟损失引起的材料体相中额外生成的[VO6]八面体。同时，作者提出了一种稳定氟的可行策略，以通过消除低压平台实现材料改性。结果表明，该策略可以有效地保证氟的存在，并调节V的局部电子结构，以使[VO4F2]保持在Na3V2(PO4)2F3相中，从而消除低压平台，使正极工作电压提高约100 mV。此外，原位XRD证实，优化后的Na3V2(PO4)2F3正极具有更好的结构稳定性和动力学性能。性能测试结果表明，Na3V2(PO4)2F3正极能提供更高的能量密度（446.4 Wh kg-1），更好的倍率性能和更长的循环性能（30 C电流下循环1000次后容量保持率为89.2％）。此外，文中还证实了Na3V2(PO4)2F3正极在宽温度范围内（-25~55 ℃）的良好适应性以及正极在与硬碳组成的全电池中的优异特性。这些优异的综合性能进一步增强了Na3V2(PO4)2F3作为钠离子电池正极的竞争力。相关成果以“Stabilizing Fluorine to Achieve High-Voltage and Ultra-Stable Na3V2(PO4)2F3 Cathode for Sodium Ion Batteries”发表在Nano Energy上。

    文献链接：Stabilizing Fluorine to Achieve High-Voltage and Ultra-Stable Na3V2(PO4)2F3 Cathode for Sodium Ion Batteries（Nano Energy DOI: 10.1016/j.nanoen.2020.105659）。

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近日，我校化工与化学学院王振波教授团队在双功能氧电催化剂研究领域取得重要进展，研究成果以《设计 钴-氮-铬 跨界面电子桥打破制约活性-稳定性转换 以实现超稳定的双功能氧电催化剂》（Engineering Co-N-Cr Cross-Interfacial Electron Bridges to Break Activity-Stability Trade-Off for Superdurable Bifunctional Single Atom Oxygen Electrocatalysts）为题发表在《德国应用化学》（Angewandte Chemie）上。该成果有望为氢燃料电池/金属空气电池中新一代阴极催化剂的设计及应用提供新思路。

        在各类电化学转换器件中，氢燃料电池与金属空气电池由于具有清洁高效的特点，是实现“双碳”目标的重要手段。然而，由于阴极催化剂在高电流及长期运行条件下难以维持稳定，阻碍了其大规模发展。
        为改善阴极催化剂的长循环耐久性，王振波教授团队提出界面电子耦合机制，通过在无机氧化铬基底上整合一系列金属-氮-碳分子提高催化剂的活性和稳定性。研究结果表明，钴-氮-碳层中的π电子与三氧化二铬（Cr2O3 ）中部分填充的d轨道之间的强相互作用诱导了异质界面上特殊钴-氮-铬电子桥的形成。动力学分析表明，该钴-氮-铬电子桥促使阴极氧气还原过程从二电子、四电子混合路线调整为四电子主导路线，显著抑制不利的芬顿效应，从而使催化剂获得突破性的催化活性与长期耐久性。该设计方案有望解决阴极催化剂活性和耐久性之间的制约问题，为高活性、高耐久性阴极催化剂的设计与开发提供新思路。
        我校化工与化学学院助理教授张云龙为论文第一作者，王振波教授、赵磊副教授为共同通讯作者。我校为论文第一通讯单位。我校化工与化学学院博士研究生刘博、戴昀昆、郭盼、夏云飞、张子钰，我校材料学院孔凡涛教授，深圳大学博士后沈力晓为论文共同作者。
         论文链接：https://doi.org/10.1002/anie.202400577