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譚勇文教授團隊在納米多孔材料領域取得新進展

發布者:發布時間:2020-10-16瀏覽量:


二維金屬化合物因為其獨特的物理化學特性被視為一種理想的多功能材料,其中將二維材料構筑成三維結構能夠滿足應用中的特定要求,而受到廣泛關注。然而,目前的方法面臨合成材料尺寸小、均勻性差和可控性不足等問題。因此,尋求一種高效普適合成具有三維結構的二維金屬化合物的方法成為了迫在眉睫的任務。

近日,湖南大學譚勇文教授課題組在國際頂尖材料類期刊《Advanced Materials》(IF=27.398)發表題為“General Synthesis of Nanoporous 2D Metal Compounds with 3D Bicontinous Structure”的研究論文?;诒砻婧辖鸩呗?,該工作通過一種納米多孔金輔助化學氣相沉積的通用方法,實現了具有原子厚度、孔徑可調的19種二元和5種三元納米多孔二維金屬化合物的合成,包括硫化物、硒化物、碲化物、氮化物、碳化物。得益于納米雙連續多孔結構以及豐富的吸附活性位點,合成的3D MoSSe合金材料展現出優異的電催化氮還原性能。這項工作為制造具有三維雙連續多孔結構的二維金屬化合物提供了一個通用的框架,極大地豐富了納米多孔材料的種類。

 

1、納米多孔二維金屬化合物通用合成示意圖

 

該論文第一作者為湖南大學材料科學與工程學院博士研究生陳德超,通訊作者為湖南大學譚勇文教授。上述研究受到國家自然科學基金、中央高?;究蒲谢?、湖南省杰出青年科學基金、湖南大學汽車車身先進設計制造國家重點實驗室自主研發項目的資助。同時,該研究得到了新加坡國立大學寧守從博士、臺灣同步輻射中心詹丁山博士團隊、以及湖南大學潘安練教授和段輝高教授團隊的支持。

譚勇文教授團隊同時還在二維材料/金屬復合材料領域取得了重要進展。電化學氮氣還原反應(NRR)合成氨是一種節能環保的工藝。然而,由于N2吸附極弱,反應動力學緩慢,電化學氮氣還原反應的氨氣產率和法拉第效率都很低。因此,合理設計能有效降低NN活化勢壘,加速NN解離的高效NRR電催化劑,是一個極具挑戰性但至關重要的問題。

針對上述關鍵問題,課題組博士研究生彭偉采用一種缺陷自發還原的方法,成功制備了Ru單原子摻雜的Mo2CTX MXene 納米片NRR催化劑,該催化劑在常溫常壓下展示出較高的NRR選擇性和NH3產率。在該工作中,引入Ru單原子不僅極大豐富了Mo2CTX MXene的反應活性位點,還增強了催化劑的本征活性。此外,利用原位同步輻射表征和理論模擬手段對復合催化劑在實際催化條件下進行了系統研究,發現Ru原子摻入Mo2CTX納米片中,調節了Mo2CTX的電子結構,不僅加快了N2分子吸附和活化,還降低了NRR限速步驟的熱力學能壘。這項工作不僅合成了高性能MXeneNRR催化劑并系統研究了其催化活性來源,而且為實現高效環保的能源轉換系統開辟了道路。相關研究成果 Spontaneous Atomic Ruthenium Doping in Mo2CTX MXene Defects Enhances Electrocatalytic Activity for the Nitrogen Reduction Reaction 發表在國際權威材料領域期刊《Advanced Energy Materials》(IF=25.245)上。

2、MXene/金屬復合材料表征及其催化性能

近幾年,譚勇文課題組圍繞三維微納結構功能材料的設計及其制備科學機理研究方面開展了大量的研究工作,相關成果以第一且通訊作者單位發表在Nature Communications、Advanced Materials、Advanced Energy Materials、Materials Today、ACS Energy Letters、ACS Nano等材料領域知名期刊(見http://www.tanresearchgroup.com/index.asp)。

 

文章鏈接為:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202004055

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/aenm.202001364

 

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