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                                    我所開發出多氧鍵合鎳單原子負載的石墨烯二維高效析氧催化劑

                                      近日,我所二維材料與能源器件創新特區研究組吳忠帥研究員團隊與上海同步輻射光源姜政研究員團隊合作,開發出一種多氧配位單原子鎳負載石墨烯二維催化劑,具有高活性、高穩定性的電化學析氧性能。

                                      清潔能源如太陽能、風能的波動性、隨機性造成了大量的清潔能源廢棄。電催化分解水生成氫氣是一種綠色、高效的存儲清潔能源的手段。電催化分解水過程中的陽極析氧反應過程是多電子反應,需要較高的過電勢,是電催化分解水的瓶頸。單原子催化劑因其100%的原子利用率和獨特的鍵合結構,在諸多電催化反應(如電催化氧還原、析氫和CO2還原反應)中展現出高效率、高選擇性等特點。但是單原子催化劑應用于析氧性能一直進展緩慢,因此亟需開發出高效的析氧單原子催化劑新技術。

                                      該研究團隊以蔗糖和氯化鎳爲前驅體,發展了鹽模板法,高效制備出多氧配位Ni單原子負載的超薄石墨烯二維催化劑;從X射線吸收精細結構譜分析發現,該催化劑結構中的Ni元素不僅以單原子形式均勻分布,並且具有>Ni(II)的高價態以及飽和的Ni-O配位結構。這種多氧鍵合的Ni單原子催化劑在堿性電解液的析氧反應中展現出很高的穩定性和優異的催化活性,在10 mA/cm2處的過電位爲224 mV。理論計算表明,多氧鍵合的Ni單原子催化劑的優異催化活性源于Ni單原子的高氧化態。因此,該工作爲創制新型高效析氧單原子二維催化劑提供了新的方案。

                                      相關研究成果發表在《先進科學》(Advanced Science)上。該工作得到國家自然科學基金、國家重點研發計劃等項目的資助。(文/圖 李亞光、侯曉城)

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