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江南大学杜明亮教授近期在静电纺丝方面成果集锦

2021-11-11   易丝帮
杜明亮                                                          

江南大学 教授,博士生导师

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研究方向:

1、电化学制氢和氢燃料电池催化材料

2、纳米敏感材料的调制及在电化学检测中的应用

3、静电纺丝纳米技术


易丝帮编辑部简要总结了杜明亮教授课题组2021年部分重要研究成果,供大家交流学习。


1. J. Colloid Interface Sci.:Cu9S5@MoS2核壳异质结构用于电催化制氢

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➣报道了一种一维的、空间受限的固相策略,通过结合静电纺丝和化学气相沉积方法生长Cu9S5@MoS2核-壳异质结构。

➣通过S气相石墨化工艺在碳纳米纤维(Cu9S5 @ MoS2/CNFs)上原位合成了Cu9S5@MoS2核-壳纳米晶体。可以通过更改Cu和Mo前驱体的质量比来控制MoS2壳数的调整。

➣通过改变Cu和Mo前驱体的质量比,可以控制MoS2壳层数的调整。

➣当质量比为3:1时,Cu9S5@MoS2/CNFs的MoS2壳层数最少,只有1-2层,在10 mA cm−2的电流密度下,在酸性和碱性溶液中,过电位分别为116 mV和114 mV,表现出最佳的HER性能。

➣核壳结构具有独特的Cu-S-Mo纳米界面,可以增强电子转移和表面积,从而提高HER的性能。

 DOI: 10.1016/j.jcis.2021.03.097


2. Appl. Catal. B Environ.: 静电纺丝结合化学气相沉积法制备催化剂材料并揭示其催化机理

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➣结合静电纺丝工艺和化学气相沉积法制备了一系列B/CNFs、P-B/CNFs和S-B/CNFs催化剂材料。通过调控前驱体中B和S的含量,制备的S6.23-B8.09/CNFs具有较高的法拉第效率(22.4 %)和氨产率(0.223 μmol h-1 cm-2)。

➣S、B和P、B共掺杂后,对N2分子的化学吸附能力显著增强,说明S和P的二次掺杂可以提高B/CNFs表面对N2的化学吸附能力。

➣发现制备的S6.23-B8.09/CNFs在所有催化材料中具备最好的选择性以及活性:在0.5 M K2SO4电解液中,-0.7 V的工作电压下,产率与法拉第效率达到了0.223 μmol h-1 cm-2和22.4 %。

➣作者发现S原子掺杂导致B的pz轨道中心位置的改变,有利于N2在S-C-B位点上的吸附,降低了第一步质子化形成*NNH的能垒。

DOI: 10.1016/j.apcatb.2021.120144


3. Adv. Fiber Mater.:电纺碳纳米纤维-二元金属硫化物的原位制备

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➣可通过结合静电纺丝和化学气相沉积(CVD)技术设计在三维(3D)碳纳米纤维(CNF)上原位合成的高指数Cu3Pd13S7纳米颗粒(NP)。

➣具有丰富活性位点的高折射率面,具有高比表面积的3D结构CNF和具有强电子耦合作用的Cu-Pd-S键的协同效应共同促进了电催化性能。

➣Cu3Pd13S7/CNFs表现出出色的电催化活性,对于氢气析出反应(HER)具有52 mV(10 mA cm-2)的低过电势,对于氧气析出反应(OER)具有240 mV(10 mA cm-2)的低电势。

➣CNF对Cu3Pd13S7的出色保护使其免受聚集和电解质腐蚀,从而导致Cu3Pd13S7 / CNF在酸性和碱性条件下具有很高的稳定性。

DOI: 10.1007/s42765-020-00063-7


4. Chem. Eng. J. :静电纺丝构建AuNi均相固溶体合金高效CO2RR催化剂

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➣以静电纺丝纳米纤维为反应器,通过聚合物(聚乙烯吡咯烷酮)纳米纤维与金属离子的配位杂化作用,经高温碳化处理,在碳纳米纤维(CNFs)表面构建金镍均相固溶体合金纳米颗粒,制得AuNi/CNFs高效CO2RR催化剂。

➣Au1Ni1/CNFs-1000 的CO2电还原为CO性能最为优异(FECO=92%),以及良好的稳定性。

➣通过调整Au-Ni纳米颗粒的组分比可有效调节固溶体合金纳米颗粒的电子结构,从而进一步优化CO2RR中间体与合金催化剂表面之间的结合能,促进催化剂CO2RR性能的提高。

DOI: 10.1016/j.cej.2020.126523


5. Chem. Eng. J. :基于静电纺丝法构筑钌单原子用于高效电催化析氢:从团簇到单原子的转变

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➣通过在电纺聚乙烯醇(PVA)纤维上原位生长Ru单原子,该催化材料在碱性电解质中表现出优异的电催化析氢性能。

➣将静电纺丝技术与高温碳化相结合,以PVA纳米纤维为反应器,在碳化过程中孕育出Ru纳米团簇。在高温碳化过程中引入NH3轰击纳米纤维表面,可实现Ru纳米团簇到Ru单原子的原位生长。

➣高温下气体辅助碳化可使得原本不含N的碳纳米纤维表面富含氮掺杂碳结构,这种结构对Ru单原子具有很好的锚定作用,可实现从Ru纳米团簇/碳纳米纤维到Ru单原子/氮掺杂碳纳米纤维的转变。

➣制备的Ru SAs/NCNFs催化材料表现出十分优异的碱性电催化析氢性能,20 mA下的过电位仅为34 mV,远优于商业Pt/C,且具有良好的稳定性。

DOI: 10.1016/j.cej.2019.123655


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