이 일은 중국 전자과학기술대, 캐나다 광원, 미국 라이스 대학이 공동으로 완성했다. 자료와 에너지학원 하천 교수는 논문 제 1 저자이자 통신작가이며, 미국 레스대 왕호천 교수와 캐나다 광원 후영봉 교수는 논문 통신작가이다. 협력팀은 전기 촉매 재료 연구와 전기 화학 리액터 설계 분야에서 탄탄한 기초를 세워 풍성한 연구 성과를 거두었다.
과도금속 단원자 소재는 높은 원자 활용도, 독특한 전자 구조, 또렷하고 조정 가능한 배위 구조를 갖추고 있어 각종 전기 촉매 과정에서 뛰어난 활성성을 보이고 있다. 그러나 전통적인 단일 원자 재질에서 금속의 낮은 원자 밀도 (일반적으로 5WT 미만.% 또는 1 at) 입니다. %) 전체 촉매 성능 및 산업 응용 전망을 크게 제한하므로 고부하 전이 금속 단일 원자 재질의 일반적인 합성 전략을 개발하는 것이 중요합니다. 기존 "하향식" 및 "상향식" 프로세스는 합성 단일 원자 재질의 금속 부하를 높이는 데 큰 한계가 있습니다 (그림 1, A-B). 탄소 재질이 지탱하는 단원자를 예로 들자면, 기존의' 하향식' 방법은 탄소 소재 캐리어 표면에 결함을 만든 다음 결함을 통해 단원자를 안정시키는 것이다. 그러나 결함 크기를 정확하게 제어할 수 없기 때문에 결함 위치의 수가 매우 제한되어 있으며 금속 하중이 증가하면 큰 결함 위치에서 클러스터를 형성하기 쉽습니다. "상향식" 방법은 금속 및 유기 전구체 (예: 금속 유기 골격, 금속 포르피린 분자 및 금속 유기 소분자) 를 이용하여 금속 원자를 적재하는 탄소 재료를 얻는다. 금속 부하가 너무 크면 금속 원자 사이에 충분한 격리 공간이 없기 때문에 열분해시 클러스터 또는 입자가 생성됩니다.
이에 따라 팀은 기존 "하향식" 및 "상향식" 프로세스와 다른 단일 원자 촉매 재료 준비 방법 (그림 1c) 을 개발하여 단일 원자 부하의 한계를 돌파했습니다. 팀은 표면적이 크고 열 안정성이 높은 그라핀 퀀텀닷 (Graphene) 를 탄소 베이스로 혁신적으로 사용하여 -NH2 기단으로 손질하여 금속 이온에 대한 높은 배위 활성화를 가능하게 했다. 금속이온을 도입하면 금속이온을 노드로서 기능화 그라핀 퀀텀닷 (functionalized graphene) 를 구조 단위로 하는 가교 네트워크를 얻을 수 있으며, 결국 열분해에 고부하 금속 단원자 재료를 얻을 수 있다. 전통적인' 하향식' 과' 상향식' 단원자 촉매 합성 방법에 비해 이 연구의 방법은 고함량 금속 이온의 초기 앵커 시기의 높은 분산성을 보장할 뿐만 아니라 후속 열분해 과정에서 기저소결과 재구성으로 인한 금속 원자 재회를 효과적으로 억제했다.
XAFS, HADDF-STEM 등의 표상 수단은 이 방법으로 준비한 부하형 금속 단원자 촉매물질이 금속 원자의 단일 분산을 보장하고 기존 문헌 보고 수준을 훨씬 뛰어넘는 금속 부하를 실현할 수 있다는 것을 증명했다. 이 방법을 통해 팀은 품질 점수가 4 1.6% (원자 점수 3.84%) 인 Ir 단원자 촉매재 (그림 2) 를 성공적으로 만들어 문헌에 보도된 Ir 단원자 최대 부하량보다 몇 배나 높았다.
또한 이 합성 전략은 보편성을 갖추고 있어 다른 귀금속 또는 비귀금속 고부하 금속 단일 원자 촉매 물질을 준비하는 데 사용할 수 있습니다. 예를 들어 탄소 기반 재질에서 Pt 원자의 최대 부하량은 32.3 wt 에 이를 수 있습니다. %, 니켈 원자의 평균 수명은 65,438+05wt 에 달할 수 있다.% (그림 3).
하천, 전자과학기술대학교 재료와 에너지학원 교수, 국가 청년 인재. 연구 방향은 새로운 에너지 기반 전기 촉매, 전기 합성 및 전기 화학 생합성으로 탄소 균형의 에너지와 물질 순환을 실현하는 데 주력하고 있다. 액체연료와 기초화학품의 현장 합성' 특색 방향에서 심도 있는 시스템 연구를 실시하여 반응기와 촉매제 설계 분야에서 풍성한 성과를 거두었다. * * * 학술 논문 50 여 편을 발표하고, 미국 특허 3 건을 허가하며, 5200 여 회를 인용한다. 최근 5 년 동안 제 1 저자/통신작가로 Science, Nat 등 국내외 고급 저널에 논문 20 여 편을 발표했다. 정력이 왕성한 나트. 나트 카타르입니다. 화학 등. 이 중 9 편의 논문은 ESI 가 높은 인용을 받았고, 2 편은 화제다.