新聞網(wǎng)訊 近日，物理科學學院博士研究生劉進華以第一作者在Cell Press跨學科綜合期刊《iScience》發(fā)表了題為“Dendritic boron and nitrogen doped high-entropy alloy porous carbon fibers for high-efficiency hydrogen evolution reaction”（樹枝狀硼和氮元素摻雜高熵合金多孔碳纖維用于高效析氫反應）的研究論文（iScience, 27: 109616 (2024)）。物理科學學院教授龍云澤與紡織服裝學院教師鄭杰為該論文的通訊作者。
為了滿足現(xiàn)代社會的能源需求，尋求可持續(xù)、清潔和高效率的能源生產(chǎn)尤為重要。電解水是一種高效的可持續(xù)氫生成途徑，被認為是未來可再生能源生產(chǎn)、儲存和使用的有效方法。電解水由兩個半反應組成，分別是陰極析氫HER和陽極析氧OER。由于存在HER和OER過電位，水的實際分解電壓遠高于理論分解電壓1.23 V。高效催化劑的設(shè)計和合成是提高水電解制氫能效的關(guān)鍵。在各種電催化劑中，高熵合金以其獨特的性能和優(yōu)異的析氫反應HER催化活性而備受關(guān)注。然而，小尺寸高熵合金催化劑的精確合成仍然具有挑戰(zhàn)性，這限制了其催化性能的進一步提高。受樹枝發(fā)芽和生長的啟發(fā)，劉進華等采用靜電紡絲技術(shù)成功制備了具有原位生長樹突結(jié)構(gòu)的硼和氮元素摻雜高熵合金多孔碳納米纖維。此外，樹突纖維抑制了高熵合金粒子的生長，從而合成了量子點尺寸（1.67 nm）的高熵合金粒子。在1摩爾KOH、10 mA/cm2電流密度下，樹枝狀硼和氮元素摻雜高熵合金多孔碳納米纖維能夠達到34.4~38.5 mV的最低過電位和35.45mV/dec的低塔菲爾斜率。具有多孔表面的氮元素摻雜碳納米纖維能夠提高催化劑的導電性，加快電子和物質(zhì)的傳輸，并避免高熵合金納米粒子的團聚。硼元素的引入使得纖維分化發(fā)芽形成樹枝狀結(jié)構(gòu)。樹枝狀結(jié)構(gòu)能夠分化出更多的接觸位點，碳纖維和高熵合金結(jié)合可以加速電子和離子的傳輸，從而降低動力學反應勢壘，用硼元素摻雜可以調(diào)節(jié)電子構(gòu)型并優(yōu)化催化劑表面上的熱力學氫吸附/脫附，這是提高電催化效率的原因。該工作對其他元素組合的硼化高熵合金纖維的制備以及開發(fā)探索樹枝狀納米纖維在電化學領(lǐng)域的應用提供了新的設(shè)計思路。
此外，劉進華還以第一作者在期刊《Renewable and Sustainable Energy Reviews》（可再生與可持續(xù)能源評論，SCI影響因子15.90）上發(fā)表了“Review on electrospinning anode and separators for lithium ion batteries”（Renewable and Sustainable Energy Reviews, 189: 113939 (2024)）。本文重點介紹了靜電紡絲納米材料在鋰離子電池負極和隔膜方面應用的最新進展。此外，靜電紡絲可以用于制備鈉/鉀離子電池和固態(tài)電池的電極、隔膜/固態(tài)電解質(zhì)材料。最后，對靜電紡絲技術(shù)的商業(yè)化、電池產(chǎn)業(yè)化的前景以及鋰離子電池和其他替代材料的未來發(fā)展進行了討論。論文第一作者為物理科學學院博士生劉進華和王蓬，通訊作者為龍云澤和張俊。
兩篇文章的原文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.isci.2024.109616
https://doi.org/10.1016/j.rser.2023.113939
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