近日，青島農(nóng)業(yè)大學(xué)化學(xué)與藥學(xué)院王杰教授在國際頂尖期刊《Advanced Materials》（影響因子27.4）上發(fā)表題為“Enhancing Oxygen Evolution Electrocatalysis in Heazlewoodite: Unveiling the Critical Role of Entropy Levels and Surface Reconstruction”的研究論文，通過原位腐蝕策略構(gòu)筑了具有不同熵水平的貧硫化物催化劑并揭示了熵水平與表面重構(gòu)對綠氫催化的響應(yīng)機制。
山東作為農(nóng)業(yè)大省，以“綠氫”替代傳統(tǒng)化石能源制氨或?qū)⒊蔀楝F(xiàn)代農(nóng)業(yè)實現(xiàn)突破的有效途徑。傳統(tǒng)合成氨技術(shù)能耗約占全球總能耗的1%-2%，而“綠氫”憑借可再生能源電解水技術(shù)，具備零碳排放、高效靈活等優(yōu)勢，能夠有效推動化肥生產(chǎn)的深度脫碳，為工業(yè)和信息化部2024年發(fā)布的《加快工業(yè)領(lǐng)域清潔低碳?xì)鋺?yīng)用實施方案》中設(shè)定的2027年“綠氫”規(guī)?；繕?biāo)提供有力支撐。
為了提升綠氫催化性能，團隊創(chuàng)新地提出了兩階段原位腐蝕策略，構(gòu)建了不同熵水平的貧硫催化劑（HES/NF）。通過在腐蝕系統(tǒng)中引入不同數(shù)量的異金屬物種，實現(xiàn)了對熵水平的精確控制，隨著熵水平提高，氧析出反應(yīng)（OER）性能顯著增強。研究顯示，OER性能的提升主要得益于電化學(xué)活性面積的增加及催化劑電子結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，這不僅提供了更多有效活性位點，還提升了本征活性。此外，團隊揭示了在氧化電位驅(qū)動下，催化劑從HES/NF轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的HES-MOOH/NF異質(zhì)結(jié)構(gòu)的三步機制，證明此轉(zhuǎn)變不僅增強了催化穩(wěn)定性，同時保持高催化活性并減少了HES失活。
該研究以電解水制氫技術(shù)為關(guān)鍵支點，是團隊“綠電-綠氫-綠氨”全鏈條創(chuàng)新路徑的重要組成部分，對重構(gòu)農(nóng)業(yè)氮肥供應(yīng)鏈、促進農(nóng)業(yè)與能源系統(tǒng)的低碳協(xié)同轉(zhuǎn)型具有重要支撐作用，同時加速了青島市農(nóng)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟材料工程研究中心的建設(shè)。
青島農(nóng)業(yè)大學(xué)化學(xué)與藥學(xué)院畢業(yè)本科生劉航寧、在校研究生劉興行和山東非金屬材料研究所孫安邦為該論文共同第一作者；青島農(nóng)業(yè)大學(xué)化學(xué)與藥學(xué)院王杰教授、玄翠娟教授以及澳大利亞皇家墨爾本大學(xué)馬天翼教授、青島科技大學(xué)吳則星教授為該論文共同通訊作者。該研究受到國家自然科學(xué)基金、山東省自然科學(xué)基金、中國博士后基金等基金資助。
https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202501186
來源：青島農(nóng)業(yè)大學(xué)
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