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这个平均年龄仅31岁的团队把“缺陷”变成了优势

2020-07-06 11:53 何青 陈加宁 次阅读 条评论

面对缺陷,大家一般绕而走之,但湖南大学教授王双印带领一批年轻人打起了“缺陷”的主意。

“催化剂结构中往往含有非周期性原子排列结构如界面缺陷、点缺陷等,这些缺陷的存在反而让材料具有更独特的催化能力。”团队利用催化剂中的缺陷来调控设计出高性能的电催化剂,达到降低能耗、提高能源利用率和降低成本的目的。

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在今年召开的湖南省科技创新奖励大会上,“电催化剂缺陷调控“项目获颁省自然科学奖一等奖。

聚焦

氢能作为一种高效、零排放、可再生的清洁能源,是我国优化能源结构和保障国家能源供给的新选择,制氢用氢,都要有相对应的器件,需要用到燃料电池、电解水等系统。

制氢和用氢,都涉及关键材料——催化剂。王双印表示,“催化剂是器件应用的关键材料,也决定了整个器件的成本、寿命、效率。”

较优异的电催化剂通常是贵金属铂、金和钌,但是贵金属通常面临着资源短缺、价格昂贵和稳定性差等问题。

有没有可能研究出一种成本低,活性高的催化剂?2013年开始,王双印带领王燕勇、邹雨芹、陈如、徐磊4名教师和博士研究生刘志娟,把目光聚焦在了“缺陷”,进行电催化剂缺陷调控。团队平均年龄只有31岁。

“制造催化剂有各种方法,我们做催化剂基本思路,电催化剂缺陷调控。”他们也是第一个从缺陷的视角进行研究的团队。

攻关

这里的“缺陷”指的是什么?

王双印介绍,“我们讲的‘缺陷’,是物质存在的一种概念,所有催化剂,都是原子构成的,原子构成的时候很有序,都是一致的。”

如果有一个“学生”缺席,就空了,这就是一个缺陷。缺席的人,就是原子的空位。

“催化剂里都是有缺陷的,我们做的事情,第一是理解在催化剂里缺陷能起什么作用,把功效解释清楚。”团队成员王燕勇介绍,电催化剂的催化性能直接由材料的电子结构决定,通过改变材料的电子结构直接改变电催化反应过程中中间产物的吸脱附,从而直接改变电催化剂的电催化性能。

功效解释清楚的基础上,团队再想方设法构筑缺陷,就是给它造缺陷,增加缺陷类型,或者说调控缺陷。在构建缺陷的基础上,团队还引入原子修饰、电子调控,利用缺陷。

“缺陷也是一种美,有缺陷,才能利用。”从理解缺陷、构筑缺陷到利用缺陷,团队取得了碳基电催化剂缺陷调控、过渡金属化合物电催化剂缺陷调控、电催化剂缺陷位的功能化修饰三大创新成果。这些成果,在国际上处于领跑地位。

此外,王双印还首次自主设计等离子体反应器,实现负载型催化剂的普适、高效、批量制备,获得了具有自主知识产权的核心技术。

(来源:红网)

初审、一校:于    钊

复审、二校:傅仁斌

终审、三校:郭有余


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