陜西
近日，西京學(xué)院材料與新能源學(xué)院雙碳技術(shù)研究所“降碳減污-協(xié)同增效”核心科研團(tuán)隊(duì)馮祥波教授團(tuán)隊(duì)在國際權(quán)威期刊《EnergyChem》(國際頂級能源化學(xué)期刊，IF=23.8，中科院1區(qū)TOP期刊)上發(fā)表題為《Tailoring single-atom catalysts for proton-exchange-membrane water electrolysis: From descriptors and design to optimization》的綜述論文，馮祥波教授為第一通訊作者，西京學(xué)院為第一完成單位。該文系統(tǒng)梳理了酸性條件下單原子催化劑在質(zhì)子交換膜水電解中的應(yīng)用進(jìn)展，提出了一套以“描述符—設(shè)計(jì)—優(yōu)化”為核心的理性設(shè)計(jì)框架，為綠色制氫技術(shù)的發(fā)展提供了重要的理論指導(dǎo)。
馮祥波教授團(tuán)隊(duì)針對質(zhì)子交換膜水電解(PEMWE)作為規(guī)模化綠色制氫核心技術(shù)，卻因嚴(yán)重依賴鉑、銥等稀缺貴金屬導(dǎo)致成本高昂、難以大規(guī)模推廣的行業(yè)痛點(diǎn)，在綜述中明確單原子催化劑是替代傳統(tǒng)貴金屬催化劑的重要方向，并首次提出基于“錨定機(jī)制”的分析框架，系統(tǒng)歸納出酸性單原子催化劑的四類構(gòu)建策略，闡明了各類機(jī)制對應(yīng)的配位結(jié)構(gòu)、載體特性與穩(wěn)定化原理。
文章系統(tǒng)剖析了單原子位點(diǎn)在酸性析氫反應(yīng)和析氧反應(yīng)中的反應(yīng)路徑、電子結(jié)構(gòu)描述符及其與催化活性和穩(wěn)定性的內(nèi)在關(guān)聯(lián)。結(jié)合密度泛函理論計(jì)算、原位表征技術(shù)和機(jī)器學(xué)習(xí)方法，論文提出了面向?qū)嶋HPEMWE工況的高活性、高穩(wěn)定性SACs的協(xié)同優(yōu)化策略。
綜述總覽圖
該綜述構(gòu)建了一套完整的單原子催化劑從理論設(shè)計(jì)到實(shí)驗(yàn)優(yōu)化的方法論體系，不僅為能源催化領(lǐng)域研究人員提供了系統(tǒng)的理論工具和清晰的研究指南，也為未來低貴金屬、高耐久PEMWE催化劑的開發(fā)指明了核心方向。
單原子催化劑的界面調(diào)控與反應(yīng)路徑
馮祥波教授表示：“我們希望這一理性設(shè)計(jì)框架能夠加速單原子催化劑從實(shí)驗(yàn)室模型向?qū)嶋H電解槽器件的轉(zhuǎn)化應(yīng)用，真正賦能綠色氫能產(chǎn)業(yè)的規(guī)模化發(fā)展”。
近年來，西京學(xué)院材料與新能源學(xué)院雙碳技術(shù)研究所緊密圍繞國家“碳達(dá)峰、碳中和”重大戰(zhàn)略需求，聚焦綠色氫能、高效催化、低碳轉(zhuǎn)化等前沿方向，持續(xù)推動(dòng)基礎(chǔ)研究與工程應(yīng)用的深度融合。該論文所提出的單原子催化劑理性設(shè)計(jì)框架，為降低質(zhì)子交換膜水電解對貴金屬的依賴、提升規(guī)模化綠氫制備的經(jīng)濟(jì)性與可持續(xù)性提供了關(guān)鍵理論支撐，將有力助推我國氫能產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展與能源結(jié)構(gòu)的綠色低碳轉(zhuǎn)型。
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