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国际顶级期刊《PNAS》发表我院在新能源电池领域的创新性成果!发表时间:2022-11-04    作者:

112日,国际顶级综合性学术期刊《美国科学院院刊》(PNAS)发表了我院蒙涛团队题为“Double-atom dealloying-derived Frank partial dislocations in cobalt nanocatalysts boost metal-air batteries and fuel cells”的高水平研究成果。论文第一作者为我院蒙涛副教授,通讯作者为北京理工大学曹敏花教授。



该研究积极响应我国“双碳”战略目标,聚焦新能源电池技术研究。高活性电催化氧气还原反应(ORR)是金属空气电池和燃料电池中的重要反应之一,而开发高活性的非贵金属电催化剂以及准确鉴别其表面催化位点,是该研究领域的核心科学问题和关键之一。

构建体相缺陷(如,晶界和位错)是制备高活性ORR催化剂的重要途径,而体相缺陷的原子结构特征对催化活性的影响机制尚不明确。该研究以弗兰克局部位错缺陷(FPD)为研究对象,解析了其表面末端具有催化氧气还原能力的特定原子结构,为利用体相缺陷提高非贵金属催化剂活性提供了新的研究思路。研究工作通过对过渡金属碳化物(Co3ZnC)的热力学脱合金,成功合成了具有弗兰克局部位错缺陷(FPD)的钴单质催化剂(FPD-Co)。理论计算和原子表征都揭示了FPD驱动的表面末端能够构建一种独特的表面原子结构。这种原子结构能够同时结合高的原子配位以及压缩应变,从而能够有效地减弱对ORR中间体O*的吸附,进而打破ORR速率控制步骤并激活惰性钴的ORR催化能力。研究表明,与无位错缺陷的Co催化剂相比,FPD-Co表现出优异的碱性ORR催化活性、动力学速率和选择性,并在锌-空气电池和氢-碱性交换膜燃料电池中表现出优异商业Pt/C的电池性能。


1. a,bFPD-Co表面末端催化位点的理论研究;(c,dCo3ZnC脱合金制备FPD-CoRMD分析及演变过程分析;(eFPD-Co的电化学性能分析。

《美国科学院院报,PNAS》于1914年创立,是与《Nature》、《Science》、《Cell》齐名的四大刊之一。作为百年经典期刊,PNAS始终如一的报道和评论全球科技领域里的重要突破,代表了各个科技领域内的顶尖研究水平。

蒙涛副教授作为太行学者三层次人才2019年入职我院化学系,主要从事电化学纳米材料的合成及电化学机理研究。已在PNAS, Angew. Chem. Int. Ed., Chem. Eng. J., J. Mater. Chem. A等期刊发表SCI论文30余篇,主持河北省自然科学基金面上项目2项。

文章链接:https://doi.org/10.1073/pnas.2214089119