郭林、刘利民：电化学原位自重构诱导制备铜铁矿类似物作为析氧反应催化剂

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在国家自然科学基金重点项目及面上项目（批准号：51532001，51861130360）等资助下，我院郭林教授和物理学院刘利民教授研究团队报道了一种类铜铁矿结构材料的设计合成及电催化特性。相关工作以“电化学原位自重构诱导制备铜铁矿类似物作为析氧反应催化剂（Achieving Delafossite Analog by in-situ Electrochemical Self-Reconstruction as An Oxygen-evolving Catalyst）”为题，于2020年8月27号发表在 Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America（《美国科学院院刊》）上。

析氧反应催化剂

        高效析氧反应（OER）电催化剂材料的设计与制备是燃料电池、电解水等能量存储与转化技术实现突破的核心点之一。层状材料催化剂具有独特的结构特征，受到人们的广泛关注。层状化合物铜铁矿材料发现于1873年，但由于其不良的导电性和固有活性，限制了其在电催化领域的应用。
       研究团队结合铜铁矿和羟基氧化物两种层状结构的特点，通过理论模拟指导，将Ag插层在Co/FeO6八面体层间，设计合成出一种新型的类铜铁矿结构。有别于传统的铜铁矿结构，这种新型的结构具有独特的电子构型，不仅能够调制电子结构，提高导电性，而且具有优化的OER能量学路径，是一种理想的催化剂。
       研究团队发展了一种原位电化学自重构策略，通过电压诱导的离子溶解-再沉淀，将亚稳态非晶钴铁氢氧化物负载银纳米颗粒复合物作为前驱体转化为非晶态的类铜铁矿活性物质。该类铜铁矿结构的催化剂材料在OER电催化过程中表现出优异的活性（电流密度为10 mA cm-2时的过电位为220 mV）和良好的耐久性（在300 h的恒电流测试中工作电位保持稳定）。
       该工作提出了一种通过结构设计和改性挖掘传统材料新应用的方法，为设计新型催化材料开辟了新的思路。
       论文链接为：https://www.pnas.org/content/early/2020/08/25/2009180117。


       文章来源：北航
        郭林，男，1964年10月生，教授，博士生导师。教育部长江学者奖励计划特聘教授；国家杰出青年基金、国务院政府特殊津贴、宝钢优秀教师奖获得者；新世纪百千万工程国家级人选。先后于东北师范大学、吉林大学、北京理工大学获学士、硕士、博士学位；中国科学院高能物理所同步辐射国家实验室博士后。曾在香港科技大学化学系做访问学者，德国德累斯顿理工大学低温物理研究所做“洪堡学者”。2001年北京航空航天大学首批校长直聘教授, 现为北京航空航天大学化学与环境学院副院长，教育部仿生智能界面科学与技术教育部重点实验室副主任；北航应用化学学科责任教授。中国科学技术大学兼职教授，中国颗粒学会理事，中国化工学会无机盐专业学科带头人，国家基金委第十二、十四届材料工程学部材料评审组成员，教育部胶体与界面化学应用重点实验室学术委员。研究方向集中在纳米材料的制备、微结构表征和特性研究方面。承担国家杰出青年基金、国家自然科学基金重点基金、国家“863”项目、国家“973”课题等多项课题。研究成果在国内外化学、材料领域重要期刊（如：J. Am. Chem. Soc., Adv. Mater.，Nanoletters）等上发表170余篇SCI收录论文。指导的博士生的论文2篇获北京市优秀博士论文, 1篇获全国百篇优秀博士论文；作为第一获奖人，2010年获教育部自然科学一等奖，2013年获国家自然科学二等奖。


        刘利民，北京航空航天大学教授。2006年获中国科学院金属研究所博士学位，导师叶恒强院士。先后在英国Queen’sUniversity of Belfast（导师：PeijunHu）、德国Fritz-Haber-Institut、英国University CollegeLondon和美国PrincetonUniversity。2011年-2017年在北京计算科学研究中心任特别研究员，国家基金委首届“优青”基金资助。2017.9加入北航物理学院任研究员，博士生导师。2018年获得中英人才项目英国皇家协会牛顿高级学者基金。