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化工与化学学院科研团队在中熵合金气凝胶领域取得重要进展

2022年06月23日 新闻网 浏览次数:12

哈工大全媒体(韩光辉 文/图)近日,我校化工与化学学院于永生教授、杨微微副教授团队提出中熵合金气凝胶的普适性制备策略,相关成果以“短程扩散实现中熵合金气凝胶的普适性制备”(Short-Range Diffusion Enables General Synthesis of Medium-EntropyAlloy Aerogels)为题发表在《先进材料》(Advanced Materials)上。

受纳米材料制备方法的限制,目前用于催化的中熵合金都是低维的。将中熵合金与气凝胶的优势相结合,不仅可以提供丰富的催化活性位点,还能提供加速质子扩散和电荷转移的三维网络结构,提高催化性能。由于不互溶的金属元素很难形成单相固溶体,因此,三维中熵合金气凝胶的大规模制备仍然是一个巨大挑战。

鉴于此,于永生教授、杨微微副教授团队与北京大学郭少军教授基于自蔓延燃烧和低温还原策略,提出全新的短程扩散机制实现中熵合金气凝胶的普适性制备策略,所制备的中熵合金气凝胶最低密度仅为39.3 mg/cm3,孔隙率高达99.5%,是目前已知的最轻中熵合金。中熵合金气凝胶(Ni50Co15Fe30Cu5)在甲醇氧化反应中表现出高达1.62 A/mg的质量活性和132.24 mA/cm2的比活性,以及对甲酸盐的高选择性。利用该中熵合金气凝胶作为双功能催化剂构建的甲醇氧化耦合电解水制氢电解槽,不仅显著提高阴极电解水的效率,还在阳极获得了高附加值的甲酸盐。该工作为三维中熵合金气凝胶的设计奠定了基础,拓宽了中熵合金气凝胶的电催化应用,对制备其他新概念中/高熵合金气凝胶具有重要的指导意义。

我校为该论文第一通讯单位。于永生教授、杨微微副教授、郭少军教授为共同通讯作者。我校化工与化学学院博士生韩光辉、北京大学博士后李蒙刚(我校2022届博士)、西安建筑科技大学刘虎副教授(我校2020届博士)为共同第一作者。此外,北京大学张炜钰博士,我校化工与化学学院博士生何林、田奋扬,中科院山西煤化所高级工程师刘叶群参与该研究的部分工作。本研究得到国家自然科学基金和黑龙江省自然科学基金的资助。

于永生教授、杨微微副教授团队长期从事多功能纳米材料的设计和性能研究,先后在纳米永磁材料、纳米材料光/电催化、纳米材料水处理、吸波材料和生物传感器等领域取得系列突破性成果。研究成果发表在《先进材料》(Adv.Mater.)、《美国化学会杂志》(J. Am.Chem. Soc.)、《德国应用化学》(Angew. Chem.)、《纳米快报》(Nano Lett.)等期刊上。

论文链接:https://doi.org/10.1002/adma.202202943.

甲醇氧化耦合电解水制氢示意图

中熵合金气凝胶(Ni50Co15Fe30Cu5)的形貌、结构和组分表征

中熵合金气凝胶的形成机制

其他三元中熵合金气凝胶的扩展


编辑:梁英爽