中国科学技术大学国家同步辐射实验室闫文盛教授研究组与孙治湖副研究员合作，提出了通过调控催化剂的反应环境来优化催化剂催化性能的技术策略。

本发明公开了一种痕量铂修饰硫化钼高效析氢催化剂及其制备方法，该催化剂由二水合钼酸钠、硫脲、碳布和铂丝/铂片，经水热反应和电沉积工艺制成。具体制备方法如下：将摩尔比为 1:3.5～1:4 的二水合钼酸钠与硫脲搅拌溶解于去离子水中，将溶液转移到反应釜中，加入碳布进行水热反应，然后自然冷却至室温，取出碳布，超声清洗、干燥，将获得的产物直接作为工作电极，铂丝或铂片同时作为对电极·827·和铂源，用 0.5M-H

电解、电镀、电铸、污水处理、腐蚀阴极保护等电化学工程中阳极不可缺少。近来，产品的质量、特别是生产的高速化的需求，长寿命的不溶性阳极的应用急剧扩大。从节能、节约材料、不污染环境等对于所谓“绿色材料”的要求，长寿命且能使电极反应活化能降低即具有电化学催化性能的不溶性阳极被广泛需求。新型不溶性阳极是在钛基体上涂覆具有高电化学催化性能的贵金属氧化物涂层，涂层中并含有高稳定性的阀金属氧化物。新型不溶性阳极具有高电化学催化性能，寿命与铅阳极相当，析氧过电位比铅合金不溶性阳极低约0．5 V，节能；稳定性高，不污染镀液；重量轻，易于更换。新型不溶性阳极的析氧过电位也比镀铂不溶性阳极低，寿命提高1倍以上。 我国制造汽车、建筑、家电及食品饮料容器用涂镀层钢板高速电镀锌、高速电镀锌锡生产线在我国有20余条，其中13条高速电镀锡生产线用不溶性阳极全部为进口。而这些生产线使用氧析出过电位大电化学催化性能低的铅合金、铸铁、铂等不溶性阳极，存在镀液污染。此外，常规电镀、电解污水处理等方面毒性的铅合金不溶性阳极还被使用。所以，高效析氧不溶性阳极在电化学工程方面有良好的应用领域。  

为电解水领域展示了一种以廉价的不锈钢网衍生出的能够在碱性条件下高效分解水的电极材料。通过将普通商用的304型柔性不锈钢网进行酸腐蚀剥离并在高温利用氨气以及磷化氢气体活化处理，分别制备出了性能媲美金属铂和氧化铱电极性能的阳极和阴极电极。这种电极具有以下优点：       （1）成本低廉：304型柔性不锈钢网每平方米售价40美元，而其他常用的非贵金属替代电极材料如镍网每平方米100美元，碳布每平方米875美元。金属铂和二氧化铱就更加昂贵得多。       （2）活性优异：得益于表面的腐蚀剥离增加的活性比表面积以及高温氨气或磷化氢气体的烧灼引入的氮或磷原子，制备的氮掺杂活化电极析氢活性与金属铂相近，磷掺杂活化电极析氧活性较二氧化铱高。电解水整体体系性能比传统组合金属铂-二氧化铱系统的超电势还要小。       （3）性能稳定：整个体系将近6天不间断工作时间之内性能未观察到任何衰减。

1）质子交换膜燃料电池电堆 质子交换膜燃料电池是指一类以质子交换膜作为电解质的燃料电池体系，这种燃料电池也经常被称为固态聚合物燃料电池，电池中包括质子交换膜、催化剂层、气体扩散层、双极板，一般将质子交换膜、催化剂层及气体扩散层电极压成一体，并称为膜电极集合体。 研究组目前掌握质子交换膜燃料电池电堆的关键技术，包括各关键材料的结构、特性，并开展了大量研究实验分析环境湿度、工作压力、工作温度、反应气体条件、燃料利用率和空气利用率等对电池电压-电流性能的影响。已有定型产品，具备科技成果的技术转化能力。 2）车用燃料电池系统 用燃料电池做电源驱动汽车是电动汽车的一种，其电池的能量是通过氢气和氧气的化学作用，而不是经过燃烧，直接变成电能或的。燃料电池的化学反应过程不会产生有害产物，因此燃料电池车辆是无污染汽车，燃料电池的能量转换效率比内燃机要高2～3倍，因此从能源的利用和环境保护方面，燃料电池汽车是一种理想的车辆。具备产业化技术能力。 3）军用燃料电池系统 军事上的应用是燃料电池最主要的也是最适合的市场之一，其最初就是作为宇宙飞船或潜艇使用的数千瓦级能源而开发的。此后,由于各国政府尤其是加拿大、美国和德国对质子交换膜燃料电池用于航空航天和军事领域研究的重视和资助,使得其技术越来越成熟,性能日益提高。 针对军事应用领域的潜艇动力源、通信指挥系统电源、军事备用电源、应急照明电源以及航空航天领域等，研制一款氢能备用电源产品，采用箱柜式机体外壳，内部可根据需要配置单个或多个质子交换膜燃料电池电堆模块，并外置多个固态氢存储装置，满足各种用电需求。

一种独特的仿生矿化刻蚀法，合成钌原子单分散的介孔单晶TiO 2 ，析氢性能极其优异。高分辨透射电子显微镜与元素面扫描测试结果表明，单个钌原子的均匀分散在具有介孔结构的TiO 2 晶体中。结合X射线光电子能谱与电子顺磁共振测试结果，首次证实，钌表现出异常的+5高价态而非+4价，而晶格中的部分钛原子接收来自钌的电子形成Ti 3+ 。在0.1 M KOH电解液中，Ru-TiO 2 的起始过电势仅为82 mV，通过铝还原调节样品的电子结构，其析氢性能得到了进一步的加强，起始过电势降低至45 mV，10 mA/cm 2 的电流密度下过电势仅为150 mV。通过第一性原理的密度泛函计算证明，Ru 5+ 与Ti 3+ 协同作用降低了氢吸附能，使得其与氢吸附火山顶更为接近，从而获得优异的电化学析氢性能。

本项目开发了一种利用氢化物水解的高效燃料电池供氢技术，具有储能密度高、安全性好、使用便捷等优势，非常适用于kW级及以下的中小功率燃料电池的供氢，在户外电源、无人机、小型潜艇、机器人等领域具有广泛的前景。

配位聚合物是由无机金属中心与桥连的有机配体通过自组装相互连接，形成的一类具有周期性网络结构的晶态多孔材料。 一、项目进展 创意计划阶段 二、负责人及成员 姓名 学院/所学专业 入学/毕业时间 祝涣钧 化学与化工学院应用化学专业 2019年9月至2023年6月 吴凌志 化学与化工学院应用化学专业 2019年9月至2023年6月 郑毅 化学与化工学院应用化学专业 2019年9月至2023年6月 王梓 化学与化工学院应用化学专业 2019年9月至2023年6月 武辰禹 化学与化工学院应用化学专业 2019年9月至2023年6月 三、指导教师 姓名 学院/所学专业 职务/职称 研究方向 覃玲 化学与化工学院 副教授 多功能配位聚合物材料的合成及应用研究 四、项目简介 配位聚合物是由无机金属中心与桥连的有机配体通过自组装相互连接，形成的一类具有周期性网络结构的晶态多孔材料。它具有多样的拓扑结构，并且稀疏多孔，密度较低。这些特点使得它在吸附，催化，储能的各个方面有着优良的效果。 本项目主要目的在于合成钴/镍基配位聚合物，选择合适的有机配体与金属离子钴/镍通过配位键构筑得到钴镍基配位聚合物，利用单晶衍射、元素分析、红外光谱等方法对其结构及组成进行表征，或者通过合成和掺杂的方式，调控它的析氢性能，设计出高催化活性和稳定性、低成本的非贵金属催化剂。 项目组成员通过设计选择有机配体与金属离子，通过溶剂热方法合成了多种金属有机框架材料，并将其热解得到衍生材料。通过线性伏安扫描法等多种实验方法测试了它们的电催化性能，其中化合物Ni-MOF的初始电位为-356mV，Tafel斜率127.3 mV⋅dec-1。Co-MOF通过掺杂Zn2+后，过电位降低到-307 mV，Tafel斜率150.2 mV⋅dec-1。我们还合成了一种对金属离子（Fe3+）与抗生素（加替沙星）有明显检测效果的锌基材料，可作为多功能探针检测水中金属离子和抗生素的残余量。由于化合物没有催化位点，我们通过掺杂钴金属的方式，改善了它的电催化析氢性能，使它具有较低的初始电位(-423 mV)、较低的Tafel效率(101.9 mV⋅dec-1)和较好的循环稳定性。 项目为研究高性能和稳定性的HER电催化剂及金属离子和抗生素荧光探针材料的设计合成提供了可行的思路。

近日，南方科技大学材料科学与工程系副教授谷猛课题组、物理系副教授徐虎课题组联合俄勒冈大学教授冯振兴团队在单原子催化领域取得重要进展，相关研究成果在国际顶级学术期刊《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society）上在线发表，并被选为封面论文。论文题目为“高铱单原子负载氧化镍用于高效电催化析氧（Ultrahigh-loading of Ir single atoms on NiO matrix to dramatically enhance oxygen evolution reaction）”。谷猛介绍，负载量难以提高是目前单原子催化剂发展的主要瓶颈之一，而这项研究不仅将单原子负载质量分数提高至18%，获得了目前同类材料报道中的最高负载量，还能使催化剂维持较高的活性和稳定性。另外，谷猛课题组博士后王琦通过这种方法，进一步获得了高负载量的Mn、Fe、Co、Ru、Ir、Pt等单原子掺杂NiO，验证了该制备方法的普适性，为单原子催化剂的研究提供了更实用且可靠的研究思路。

氢能源是高效的绿色能源，如何低廉高效的大规模生产是制约其应用的一个关键因素。近年来，电解水制氢受到学术界广泛关注，寻找廉价高效的非铂电催化剂成为时下研究热点。本项目分别采用辐射法及水热法制备了钼硫化物/碳纳米复合材料,其催化析氢性能优于商用Pt/C（20%Pt）催化剂，而且具有良好的催化稳定性,适合大规模制备。