2018-06-14    文字：化学化工学院 摄影：化学化工学院

最近，国际顶尖材料类学术期刊《Advanced Functional Materials》（自然指数顶级期刊，影响因子12.124）在线发表了以我校化学化工学院刘宝仓副教授为第一作者、张军教授和高瑞研究员为共同通讯作者的学术论文“Few Layered N, P Dual‐Doped Carbon‐Encapsulated Ultrafine MoP Nanocrystal/MoP Cluster Hybrids on Carbon Cloth: An Ultrahigh Active and Durable 3D Self‐Supported Integrated Electrode for Hydrogen Evolution Reaction in a Wide pH Range”，报道了张军教授和高瑞研究员团队合作在高效电催化剂的设计合成与电催化析氢（HER）性能调控方面的最新研究成果。这是我校首次以第一作者和通讯作者单位在该国际顶尖期刊上发表学术论文。

传统的石油和化石能源的消费引起了能源短缺、全球气温变暖和环境污染等问题，是当前人类所面临的重大挑战。在此背景下，以低能耗、低污染为基础的低碳经济正成为全球关心和研究的热点。氢气作为一种高效清洁的二次能源载体，被认为是未来人类重要的清洁能源来源。因此，开发和利用无污染的氢能源是实现低碳经济的一种重要途径。开发无污染、低成本的制氢技术日益受到各国的高度关注。

近年来，基于电催化剂的析氢反应因其高效能受到了越来越多的研究。传统的以贵金属尤其是铂为基础的电催化剂具有很好的催化活性，但是其昂贵的价格和稀有性限制了他们的实际应用。近年来兴起的过渡金属磷化物作为一种高效、低廉的非贵金属电催化剂，受到研究人员广泛的关注。然而，该类材料通常是通过简单的两步法合成，在合成过程中缺乏对材料尺寸、形貌、结构和组成的有效控制，这会严重影响传质效率并且减少活性位点的数目及活性位点的可接近性。因此，发展新型的合成方法，实现该类材料尺寸、形貌、结构和组成的可控，进一步提高其比表面积、活性位点暴露数目和传质效率，进而实现该类催化剂的高活性和优异稳定性仍然是一个很大的挑战。

针对上述问题，张军教授团队首次开发了一种新颖的合成策略，通过在碳纤维布表面电沉积聚苯胺膜、原位生长MoO3微米棒、高温磷化等一系列过程（图1），首次制备了N，P共掺杂的少层碳封装的超细MoP纳米晶/三维多孔MoP簇杂化三维自支撑型HER集成电极，该电极在宽pH范围对HER展示出卓越的催化活性和稳定性。相对于传统析氢反应电极，该电极展示出无法比拟的优势：（1）少层N，P共掺杂碳可有效防止MoP纳米晶团聚，促进电荷传输；（2）整体式三维多孔MoP微米簇可有效降低界面电荷阻力；（3）三维MoP微米簇开放纳米孔隙有利于活性位点有效暴露，大大提高传质效率；（4）少层碳层中均匀N，P掺杂降低其表面氢吸附吉布斯自由能，提供高效非金属活性位点，加快析氢反应动力学。该研究提供了一种普适的方法，用于指导高效过渡金属磷化物、氮化物、碳化物和硫族化合物整体式电极的设计和开发。

张军教授团队

论文以内蒙古大学为第一通讯单位，作者依次为刘宝仓副教授、李欢（2016级硕士研究生）、曹博（2016级硕士研究生）、姜佳宁（2015级本科生）、高瑞（特聘研究员，骏马计划B1岗引进高层次人才，通讯作者）、张军教授（通讯作者）。该工作得到国家自然科学基金（21661023、21601096和内蒙古大学高层次人才启动基金、内蒙古大学“骏马计划”高层次人才启动基金）等项目的支持。

张军教授团队

此外，张军教授团队近期已在新型、高效催化剂的设计合成及其电催化应用研究方面取得了一系列高水平研究成果，相关研究成果在国际顶尖学术期刊（SCI一区TOP期刊）Small（Small 2017, 13, 1700092.），Chemical Communications （Chem. Commun., 2017, 53, 7457-7460.）和 Journal of Chemistry Materials A（J. Mater. Chem. A, 2018, DOI:10.1039/C8TA03196G；J. Mater. Chem. A, 2017, 5, 4868-4878；J. Mater. Chem. A 2017, 5, 18494-18501）等国际著名期刊上发表，引起国内外极大的关注。

全文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201801527