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我校在纳米催化全解水研究取得重要进展

    全解水产氢产氧是能够解决能源短缺与环境危机的理想途径之一,其难点在于高效、稳定、低价的催化剂的开发。光催化或电催化是常见的全解水方法,但其析氧效率低影响了全解水的效能,而自然界中存在着潮汐能、振动能等各种机械能,利用压电材料将机械能转化为全解水的动力是压电催化领域的研究热点,然而目前已报道的压电催化全解水产氢产氧效率都极其低,如何提高效率是一大挑战。

    近日,我校在全解水方面取得重要进展,相关研究结果以我校为第一和通讯单位发表在化学学科顶级期刊《Angewandte Chemie International Edition》上(德国应用化学,2018年影响因子12.257,论文在线网址:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201907695),论文第一编辑是我校理学院青年教师苏然博士,通讯编辑为李发堂教授。

    该团队合成了尺寸均一的10nm钛酸钡纳米颗粒,证实其机电耦合系数(d33)比200nm的钛酸钡颗粒和钛酸钡纳米线的要高出近5倍,高的机电耦合系数可以诱导产生高的压电电势,经有限元模拟得出10nm钛酸钡的压电势能高达2.6 V,此值远超于水分解成氢气和氧气的最低势能(1.23 V)。而200nm钛酸钡颗粒和钛酸钡纳米线的压电势能分别为0.5 V和1.2 V。并观测发现其具有多相共存(T+R+O)现象,多相共存降低了极化翻转的自由能进而提升了10nm铁电纳米颗粒的压电性能。在60 kHz超声振动下,10nm钛酸钡纳米颗粒分解水的产氢量和产氧量分别高达655 μmolg-1h-1 and 316 μmolg-1h-1,而200nm钛酸钡颗粒和钛酸钡纳米线则几乎不能够分解水产氢产氧。

    本研究不仅深化了对纳米铁电材料性能及作用的认识,为构建新型铁电催化剂及电学器件打下了基础,也为全解水产氢提供了新的催化剂。

    《Angewandte Chemie International Edition》是德国化学会的旗舰期刊,创刊于1889年,与美国化学会的《J. Am. Chem. Soc.》并称为化学期刊双雄。这是我校研究成果首次发表于该期刊。
 

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