科学研究
课题组自成立以来,立足多酸合成化学研究,结合国家重大战略需求,针 对新能源材料和催化领域在应用实践中发现的基础科学问题,利用多酸化学寻 求全新的解决方案。 i. 在多酸微孔材料合成领域,利用多酸在晶体微孔材料中发挥的三个重要 角色,即孔材料结点、柱撑单元和模版剂,设计合成了系列多酸基微孔材料, 探索了微孔材料合成新方法,并发展了多酸基孔材料在气体吸附、非均相催化、 质子导体膜、光催化剂和电池材料中的应用。(J. Am. Chem. Soc., 2009, 131, 14600; Angew. Chem. Int. Ed., 2012, 51, 7985; Chem. Eur. J., 2015, 21, 3778; Inorg. Chem., 2018, 57, 4109.)
ii. 在多酸基高核金属氧簇合成领域,发挥缺位多酸构筑基元的结构诱导作
用,利用混合缓冲体系对pH变化敏感的缺位多酸超强稳定性作用,以及借助磷 酸根、硫酸根、碳酸根等无机阴离子的辅助桥连作用,构筑了多酸基过渡金属 簇、稀土-过渡金属混合簇,并发展了高核簇在单分子磁体、光解水催化剂等 领域的应用。(J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 5486; Chem. Commun. 2013, 49, 2515; Chem.-Eur. J., 2012, 18, 9184; Inorg. Chem., 2012, 51, 2722; Ino rg. Chem., 2009, 48, 1606; Chem. Commun. 2008, 1650)
iii. 为发展高效、长寿命、价格低廉的非贵金属电解水析氢催化剂,我们提 出利用多酸做为分子预组装平台设计与构建多组分、多界面、纳米化的复合电 催化剂策略。获得系列石墨化碳层包覆的Mo、W基纳米复合电催化剂,展示出 优秀的全pH值电解水析氢性能,有些甚至超过商用铂碳催化活性,并开发出可 直接用于电解海水产氢和与氯碱工艺联产的高效电催化剂系列。通过实验与量 化计算揭示了复合催化剂协同催化机制。这些工作为研发具有高本征活性的Mo 、W基电催化剂开辟新路径。(Energy Environ. Sci., 2017, 10, 788; Energy En viron. Sci., 2018, 11, 2114; Energy Environ. Sci., 2019, 12, 2569; J. Mater. Chem. A., 2016, 4, 3947; ACS Appl. Mater. Interfaces, 2017, 9, 16270; Nano scale, 2018, 10, 6080) iv. 利用贵金属多酸在分子层面揭示了氧化态铂比金属铂更高效的电催化析 氢机理;用结构明确的贵金属多酸模拟负载单原子铂的金属氧化物电催化剂,通 过实验与理论计算阐明了原子铂与氧化物载体的协同析氢作用机制,揭示了载体 种类与配位环境对铂催化剂活性中心的关键性影响。(Nature Comm. 2020, 11, 490-1-7; ACS Energy Lett., 2021, 6, 4055)
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