王舜教授课题组在氢燃料电池领域取得系列重要进展-威尼斯人888

王舜教授课题组在氢燃料电池中的电催化氧还原和太阳能光催化制氢领域取得系列重要进展。相关研究“graphene quantum dots supported by graphene nanoribbons with ultrahigh electrocatalytic performance for oxygen reduction”和“a versatile strategy for shish-kebab-like multi-heterostructured chalcogenides and enhanced photocatalytic hydrogen evolution”近期分别以通讯和长文形式发表于化学类顶级期刊《美国化学会志》（j. am. chem. soc.,2015,137, 7588-7591 和j. am. chem. soc.,2015, 137, 11004-11010.）上。

氢燃料电池以氢气和空气为燃料，不释放有毒污染物，只产生水，被认为是一种继火电、水电和核电之后的真正绿色能源。然而，目前氢燃料电池的大规模商业化应用的重大挑战之一就是发展长寿命、高活性、低成本阴极氧还原电催化剂。王舜教授课题组在以替代铂为目标的氟氯共掺杂石墨烯（electrochim acta, 2015, 177, 36）、氮掺杂介孔石墨烯球氧还原催化剂（nanoscale, 2014, 6, 7204）等前期研究基础上，近期与美国凯斯西储大学戴黎明教授及加拿大温莎大学王继昌教授合作，可控制备出了一种新颖的具有目前最优活性和稳定性的石墨烯量子点/石墨烯纳米带新材料（图1）。由于所制备的新材料中不需要引入任何杂原子，其催化活性源于材料表面和边缘缺陷产生的丰富活性位点，本研究对于碳基非金属氧还原电催化剂的设计及性能优化具有重要的指导意义。研究结果发表在j. am. chem. soc.,2015,137(24), 7588 （影响因子12.1)上。

图1石墨烯量子点/石墨烯纳米带（gqd-gnd）杂化材料的tem图和氧还原性能比较图

氢燃料电池大规模商业化应用的另一关键性挑战就是要开发新型、高效、安全、低廉的制氢材料及技术。利用太阳光催化分解水制氢，既能满足人类的能源需求、又不污染环境，是解决未来能源问题的一条重要途径。探索高效、稳定和经济的光催化材料是制氢技术实用化的核心。近期，王舜教授课题组与美国佐治亚理工学院林志群教授及加拿大温莎大学王继昌教授合作，发展了一种基于微波辅助合成的新技术，一步可控合成了一系列具有新颖糖葫芦结构的金属硫化物（图2）。由于所制备的材料中准金属碲纳米管具有良好的电子输运性能，同步形成的助催化剂与主催化剂间高度紧密接触，再加上碲管表面固溶体的形成，使多组分异质结构硫化物如nis/cds-te具有优异的稳定性和光催化性能。同时，本研究提出了以碲为自牺牲模板，巧妙构造高效、稳定、廉价的具有多组分异质结构人工光合成催化剂的新策略。研究结果发表在j. am. chem. soc.,2015, 137 (34), 11004 上。

上述研究得到了国家自然科学面上和青年基金（51272182，21471116和21301130）、浙江省自然科学基金重点和面上项目（z15e020005和ly13e020008）以及浙江省化学重中之重学科的资助。

图2糖葫芦结构的多组分光催化材料