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厦门大学孙世刚院士做客名师讲堂
文:人力资源部教师发展中心 来源:材料学院 党委教师工作部、人力资源部 时间:2021-04-20 3200

  4月18日,中国科学院院士、厦门大学教授孙世刚应邀做客人力资源部教师发展中心“名师讲堂”,为我校师生带来题为“燃料电池催化剂结构设计和性能”的学术报告。报告由材料与能源学院王翀副教授主持,相关专业的师生聆听报告并参与交流探讨。

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  燃料电池能量密度高、无污染,是影响国家经济繁荣与安全的尖端高技术,但由于其高成本使其应用受到限制,制约燃料电池发展的瓶颈是贵金属催化剂材料。孙世刚院士指出,使用高效的电催化剂可加快反应速率,提高氢氧燃料电池的工作效率。Pt基催化剂是一种高效的电催化剂,可极大地促进氢氧化、氧还原反应,最终提高器件的输出功率。为此,孙世刚院士带领团队针对Pt基催化剂在氢氧燃料电池中的应用及挑战,如铂族金属储量减少、成本高昂及不可替代性等展开了相应的研究。

  孙世刚院士团队以单晶Pt催化剂为例,通过制备不同的催化剂结构,研究其催化氧化乙二醇的活性。他介绍了在这类催化结构中活性中心的特性:通常活性中心原子具有低的配位数,且大多数分布在台阶、扭结点处;富含活性位点的活性表面,通常会形成一个开放式结构,并含有较高的表面能。研究发现,通过控制纳米晶的形状,可相对应地调控纳米晶的表面结构。孙世刚院士带领研究团队通过电化学法控制高晶面指数纳米晶的形成,结果表明,表面为高晶面指数的纳米晶显示出超优异的催化活性及稳定性,为实现Pt催化剂在实际的氢氧燃料电池中的应用,应合成小的纳米Pt晶。

  为此,团队使用石墨烯载体,通过调控反应时间,合成不同的粒径的纳米Pt晶。利用电沉积技术,实现纳米Pt晶在碳纸上的负载,并且纳米颗粒粒径可控。孙世刚院士指出,将这种膜电极应用于直接甲酸燃料电池中,可实现在膜电极中Pt用量与汽车尾气催化剂中用量相当时,电池达到高的功率密度。此外,他们的研究也进一步优化Pt基催化剂性能的策略调控表面/电子结构,主要包括合金化、表面修饰。

  最后,孙世刚院士就目前关于这一方向的发展前景,结合与实际催化剂的应用等提出了自己的见解。他指出,传统的研究方法仍以单一结构为模型研究催化剂的活性,但在实际的应用当中,催化组分所面临的环境十分复杂,表面结构的复杂多样化、粒子的无序性等问题,仍需要重点关注。

  报告会结束后,孙世刚院士对师生提出的纳米颗粒表面配位方式、高晶面如何表征及作用机理等专业问题进行了耐心细致的解答。

  本次名师讲堂由人力资源部教师发展中心主办,材料与能源学院承办。


  相关链接:

  孙世刚,中国科学院院士,厦门大学教授,法国巴黎居里大学法国国家博士学位。任固体表面物理化学国家重点实验室学术委员会主任、中国化学会副理事长。任Electrochem. Acta副主编、《电化学》主编等。长期从事电催化,电化学能源和表界面科学研究,在Science,Angew. Chem. Int. Ed., JACS, Chem. Sci. Rev.和《中国科学》等学术刊物发表SCI论文630余篇,他引25000多次,H-因子85。担任“界面电化学”创新研究群体学术带头人,主持国家重大科研仪器设备研制专项“基于可调谐红外激光的能源化学研究大型实验装置”项目,牵头中科院学部咨询评议项目“我国电子电镀基础与工业的挑战和发展”等项目。

  获国家自然科学奖二等奖、教育部自然科学奖一等奖,中国光谱成就奖、中国电化学贡献奖、中法化学讲座奖、国际车用锂电池协会终身成就奖、国际电化学学会Brian Conway物理电化学奖章等科技奖项。 

 

编辑:林坤  / 审核:林坤  / 发布:陈伟