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科研學術
3劉雪飛教授在能源催化材料領域國際TOP期刊在線發表研究論文
2022-07-06 12:52     (點擊次數:)


 

近日,1劉雪飛教授在能源材料領域1區TOP 期刊 Inorganic Chemistry Frontiers》在線發表題為Strain Engineering in Single-Atom Catalysts: GaPS4 for Bifunctional Oxygen Reduction and Evolution” 的研究論文。該研究通過密度泛函理論和機器學習方法,發現應變工程能有效調控GaPS4 材料的OER/ORR 雙功能催化活性,為高效率催化劑在實驗上成功合成提供了理論依據。

 

電催化在可再生能源的轉化和儲存利用等可持續應用中發揮著關鍵作用。例如,可以通過電催化析氫反應(HER)和析氧反應(OER) 水分解產生清潔氫氣能源。開發高效、穩定的氧還原反應(ORR)電催化劑對燃料電池至關重要。不幸的是,當催化劑表現出高的OER性能時,ORR過程通常表現出較差的活性,反之亦然。為電化學可充電金屬電池探索一種高效OER/ORR雙功能電催化劑十分重要

在本研究中,報告了基於過渡金屬原子摻雜和雙軸應變的電催化調控策略,以實現高ORR/OER雙功能催化活性。通過高通量篩選方法發現Pt@VS1-GaPS417種不同過渡金屬摻雜GaPS4體系中理想的OER/ORR雙功能電催化劑,其OER過電位最低(0.41 V), ORR過電位最低(0.59 V)。進一步研究了雙軸應變(-3% ~ 6%)對Pt@VS1-GaPS4體系電催化性能的影響。結果表明,雙軸應變顯著提高了Pt@VS1-GaPS4催化劑OER和ORR的催化活性。潛在的應變調控機制歸因於與過渡金屬相關的鍵角變化。這些研究結果為今後利用應變工程技術開發更高效的電催化劑提供了理論指導。

 

1  不同過渡金屬原子摻雜和應變調控下的GaPS4火山曲線及二維等值面火山圖

 

 

2 Pt@VS1-GaPS4 OER/ORR 過電勢受應變調控的變化趨勢

 

 

3 重要描述符與自由能變化趨勢(a)(b), 機器學習與密度泛函理論計算結果對比(c),機器學習尋找的重要描述符(d)。

 

該工作受到國家自然科學基金(No. 12164009),貴州省自然科學基金([2022] General 308)以及研究生省級基金(YJSKYJJ [2021] 088)的資助。論文鏈接:https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/qi/d2qi01047j/unauth

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