吴忠帅课题组Advanced Science：多氧键合镍单原子负载的石墨烯二维高效析氧催化剂

qianhai

中国科学院大连化学物理研究所二维材料与能源器件创新特区研究组研究员吴忠帅团队与上海同步辐射光源研究员姜政团队合作，开发出一种多氧配位单原子镍负载石墨烯二维催化剂，具有高活性、高稳定性的电化学析氧性能。
　　清洁能源如太阳能、风能的波动性、随机性造成了大量的清洁能源废弃。电催化分解水生成氢气是一种绿色、高效的存储清洁能源的手段。电催化分解水过程中的阳极析氧反应过程是多电子反应，需要较高的过电势，是电催化分解水的瓶颈。单原子催化剂因其100%的原子利用率和独特的键合结构，在诸多电催化反应（如电催化氧还原、析氢和CO2还原反应）中展现出高效率、高选择性等特点。但是单原子催化剂应用于析氧性能一直进展缓慢，因此亟需开发出高效的析氧单原子催化剂新技术。

　　该研究团队以蔗糖和氯化镍为前驱体，发展了盐模板法，高效制备出多氧配位Ni单原子负载的超薄石墨烯二维催化剂；从X射线吸收精细结构谱分析发现，该催化剂结构中的Ni元素不仅以单原子形式均匀分布，并且具有>Ni（II）的高价态以及饱和的Ni-O配位结构。这种多氧键合的Ni单原子催化剂在碱性电解液的析氧反应中展现出很高的稳定性和优异的催化活性，在10 mA/cm2处的过电位为224 mV。理论计算表明，多氧键合的Ni单原子催化剂的优异催化活性源于Ni单原子的高氧化态。因此，该工作为创制新型高效析氧单原子二维催化剂提供了新的方案。
　　相关研究成果发表在《先进科学》（Advanced Science）上。该工作得到国家自然科学基金、国家重点研发计划等的资助。
       吴忠帅，男，汉族，1981年生于大连庄河。中共党员，博士，中国科学院大连化学物理研究所研究员，国家“青年##计划”。2004年和2007年在辽宁大学化学院分获理学学士和硕士学位；2011年在中科院金属研究所获工学博士学位，师从成会明院士和任文才研究员；2011年7月至2015年6月在德国马普高分子研究所从事博士后研究工作，合作导师著名化学家Klaus Müllen教授和冯新亮教授。2015年6月至今，中科院大连化学物理研究所工作，被聘为研究员、 “二维材料与能源器件（DNL21T3）”研究组组长。
       曾获得2011年度“中国科学院院长特别奖”，2012年度“中国科学院优秀博士学位论文”，2013年获得“Distinguished Winner of the Carbon Journal Prize 2013”（国际碳材料杰出青年科学家奖）,入选2014年国家第十一批“##计划”青年人才，2015年获得《Carbon》国际杂志2013/2014年优秀审稿人奖“Excellence in Review Award”等。同时，长期应邀作为审稿人或Adjudicative Reviewer评审Chem.Soc.Rev.、J.Am.Chem.Soc、Adv.Mater.、Energy Environ.Sci.、Sci.Rep.、Small、Chem.Mater.、Carbon、Chem.Commun.、J.Mater.Chem. A、ChemSusChem、Nanoscale、Nano Res、ACS Appl. Mat. Interfaces、Electrochem.Commun.等杂志上论文320余篇。