1月26日，國(guó)際期刊《Energy & Environmental Science》（影響因子38.532）在線(xiàn)刊發(fā)了化學(xué)與化工學(xué)院、能量轉(zhuǎn)換與存儲(chǔ)材料化學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室王得麗教授團(tuán)隊(duì)的最新研究成果：“具有可控軌道雜化和應(yīng)變場(chǎng)的氮嵌入鎳納米片實(shí)現(xiàn)高效堿性氫氧化反應(yīng)（Nitrogen-inserted nickel nanosheets with controlled orbital hybridization and strain fields for boosted hydrogen oxidation in alkaline electrolytes, doi:10.1039/D1EE03482K, DOI: 10.1039/D1EE03482K）”。
陰離子交換膜燃料電池(AEMFC)作為一類(lèi)重要的氫能利用技術(shù)，由于其在堿性電解質(zhì)中可使用廉價(jià)金屬催化劑的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)而受到廣泛關(guān)注。然而，在堿性電解質(zhì)中，其陽(yáng)極氫氧化反應(yīng)(HOR)的動(dòng)力學(xué)較酸性電解質(zhì)低2-3個(gè)數(shù)量級(jí)。為加速AEMFC的商業(yè)化應(yīng)用，開(kāi)發(fā)高效且低成本的堿性HOR催化劑具有重要意義。
針對(duì)這一問(wèn)題，王得麗教授團(tuán)隊(duì)提出了精確控制金屬Ni的軌道雜化和應(yīng)變場(chǎng)的策略，通過(guò)構(gòu)建氮嵌入鎳納米片實(shí)現(xiàn)了高活性且低成本HOR催化劑的開(kāi)發(fā)（圖1）。氮原子的引入一方面可與近鄰鎳位點(diǎn)產(chǎn)生d-sp軌道雜化，優(yōu)化鎳位點(diǎn)對(duì)反應(yīng)中間體H的吸附；另一方面也可使鎳晶格發(fā)生拉伸應(yīng)變，增強(qiáng)鎳位點(diǎn)對(duì)反應(yīng)中間體OH的吸附，從而可以顯著加速堿性氫氧化反應(yīng)過(guò)程。相應(yīng)的，氮嵌入鎳納米催化劑的質(zhì)量活性高達(dá)77.13 A g-1，是純鎳催化劑的53倍。該工作為燃料電池氫氧化反應(yīng)催化劑的設(shè)計(jì)提供了新思路。
圖1 氮嵌入鎳納米片及其堿性氫氧化性能
華中科技大學(xué)為該項(xiàng)工作的第一完成單位及通訊單位，化學(xué)與化工學(xué)院趙旭副教授為該論文的第一作者，王得麗教授為論文通訊作者。該論文得到中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)在理論計(jì)算，臺(tái)灣大學(xué)在同步輻射光源方面的幫助。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)資金（22002046和91963109）以及華中科技大學(xué)啟動(dòng)基金（2020kfyXJJS063）的資助。
