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罗民、李晓曼课题组在能源和环境催化领域取得系列研究进展

2019年09月17日 16:04  点击:[]

我校化学化工学院罗民教授领衔的能源和环境材料研究团队,在电催化室温固氮和电化学脱盐淡化研究领域取得一系列的重要研究进展。课题组首次通过两步法(碳化和氧化热处理工艺)调控纳米复合电催化剂材料,研制出具有新颖核壳结构的高效室温固氮电催化剂。相关论文发表于美国ACS学术期刊《ACS Applied Materials & Interface》。另外,课题组构建了一种高性能低能耗脱盐电池装置,实现了高浓度盐水的电化学脱盐淡化。相关论文发表于美国《ACS Sustainable Chem. Eng》。  

                                 

在能源危机和环境问题日益凸显的全球背景下,绿色环保,低能耗的合成氨方法具有重要意义。近年来,电化学固氮(NRR)逐渐成为了一种研究广泛的合成氨新路径。研究人员研制出具有新颖核壳结构的Co3O4@NC用于常温电化学固氮(NRR)的高效电催化剂。研究发现,该新型复合催化剂的氨产率和法拉第效率高达42.58μg/h/mg8.49%,优于目前已有报道的绝大多数NRR电催化剂。此外,由于氮气被约束在“壳”内更有利于进行高频碰撞并增加NRR中间产物的浓度,能够进一步提高电催化性能。研究成果相继发表美国化学学会(ACS)国际著名学术期刊《ACS Applied Materials & Interface》(中科院SCI期刊分区1区,2018年影响因子: 8.456)。论文题目:“MOF-derived Co3O4@NC with core-shell structures for N2electrochemical reduction under ambient conditions”;DOI10.1021/acsami.9b07100.宁夏大学罗民教授和李晓曼讲师为本文的通讯作者,2017级应用化学专业硕士生骆诗剑同学为论文第一作者。该项研究不仅开发了一种新型、高效的电催化剂,也为在电催化固氮领域探索更多廉价、绿色的非贵金属催化剂材料提供了一条可行的研究思路与实验依据。近期后续研究成果《MOF-derived C@NiO@Ni electrocatalyst for N2conversion to NH3in alkaline electrolytes》已经被英国皇家化学学会(RSC)旗下的期刊Sustainable Energy &FuelsIF4.912)接受。

水资源短缺和水环境的污染是困扰社会可持续发展的重大问题,而海水淡化技术则为解决水资源难题提供了有效的解决方案。脱盐电池是一种新型脱盐技术,通过输入电能,在电极表面发生氧化还原反应,从而提取盐溶液中的钠离子和氯离子,达到脱盐淡化的目的。近年来,二维层状纳米科学和技术的迅猛发展为开发新型脱盐电极材料提供了契机。借助这一技术,研究人员构建了以掺杂钴酸钠为负极,以活性炭为正极的新型脱盐电池装置。研究表明,由于丰富的氧空位改善了材料的导电性能,而钙离子在层间起到了稳定层板结构的作用,因而实现了高脱盐量和高循环稳定性能。研究成果发表在美国ACS国际著名学术期刊《ACS Sustainable Chem. Eng(《可持续化学与工程》,中科院SCI期刊分区1区,2018年影响因子: 6.97)。论文题目:“More Ca2+less Na+: increase the desalination capacity and performance stability of NaxCayCoO2”;DOI10.1021/ acssuschemeng.9b02157.罗民教授为本文通讯作者,2018级水资源利用与化学化工博士研究生周瑞娟同学为论文第一作者。这项研究对脱盐电池在高浓度盐水脱盐和水资源利用中的应用起到了一定推动作用。

上述研究工作得到了国家自然科学基金(Nos. 21561026, 21802078, 21361020)、“化学工程与技术”一流学科“煤基储能与光电催化材料”科研创新团队项目(Grant No. NXY-LXK2017A04)等项目资助。(化工学院供稿)

相关论文信息:

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.9b07100    

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssuschemeng.9b02157    

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