工学院郭少军课题组在Nature子刊上应邀发表综述论文

来源 : 学历在线网 2019-12-10 16:53:03

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　　迫于能源危机和环境污染等问题，人类文明的可持续发展迫切需要开发可再生的清洁能源。燃料电池是转换清洁能源的最理想装置，然而其广泛使用却受制于高昂的铂催化剂催化阴极氧气还原反应(Oxygen reduction reaction, ORR)。研究表明，调控铂基合金的微观结构可有效提高其催化效率。近日，北京大学工学院郭少军">郭少军课题组在前期工作基础上(Science 2016, 354, 6318; Nat. Commun. 2016, 7, 11850; Adv. Mater. 2017, online; Angew Chem. 2017, online; Adv. Mater. 2016, 28, 10117; Sci. Adv. 2017, 3, e1601705; Adv. Energy Mater. 2017, 7, 2073; Adv. Mater. 2015, 27, 7204; Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 3465; J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 13879 )，受Nature Reviews Materials邀请撰写了关于“晶格应力调控多金属材料电催化性能”的综述文章，发表在Nature Reviews Materials (2017, 2: 17059)。

　　经典电催化理论表明，优异的ORR催化剂须具备比较适中的氧结合能，而控制催化剂表面的应力则是调控其氧结合能的有效方式之一。如图1所示，当金属表面被压缩或拉伸时，其d带中心位置会有相应的改变，从而影响其对氧气或含氧中间体的吸附键能。目前，可通过多种实验手段实现金属表面的应力调控：(1)制备核壳结构型金属催化剂。该结构存在的金属界面将对晶格常数较大的金属产生压缩应力，而对晶格常数较小的金属产生拉伸应力;(2)制备孪晶金属催化剂。相比于单晶结构，孪晶具有独特的晶界以缓解过高的比表面能，也将同时改变其表面的应力分布。(3)通过引入外力。如采用电极材料在嵌入/脱出时产生的膨胀/压缩现象，对其表面的金属催化剂引入应力。

　　本综述首先简介了晶格应力的概念，列举了目前调控和量化多金属纳米晶中应力的手段，讨论了应力对氧还原反应中间体吸附强度的影响规律，介绍了典型的通过纳米技术调控应力的方案，从而实现催化性能的提升，最后对该领域未来的发展方向做了展望。应力效应是目前已知有效且可控的催化性能调控手段之一。相比于协同效应和电子效应，应力效应的作用范围更广，从而能长期存在于电催化剂复杂的运行环境中，具有很高的实际应用价值。该综述为新型高效ORR电催化剂的结构设计提供了理论基础和实验参考，从而推进燃料电池的商业化进程。

　　该论文的第一作者是郭少军">郭少军课题组博士后骆明川，郭少军">郭少军为通讯作者。该工作得到国家自然科学基金面上项目、科技部重点研发计划和青年项目等项目的支持。

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