赵焱教授/周亮教授/麦立强教授AFM：双金属酞菁异质结构设计提高氧还原反应的活性和耐久性- 大数跨境

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赵焱教授/周亮教授/麦立强教授AFM：双金属酞菁异质结构设计提高氧还原反应的活性和耐久性

科学材料站

2020-09-22

导读：该工作提出了一种可行的方法，设计了具有高结晶度和非均相Fe/Co分布的异质结构Fe/Co双金属酞菁（FePc/CoPc HS）ORR催化剂。所获得的FePc/CoPc HS具有相当大的动力学电流和优异

文章信息

双金属酞菁异质结构设计提高氧还原反应的活性和耐久性

第一作者：马瑶

通讯作者：赵焱*，周亮*，麦立强*

单位：武汉理工大学

研究背景

氧还原反应（ORR）是电化学能源存储与转换设备（例如燃料电池和金属空气电池）中的重要阴极反应。但是，ORR的动力学迟缓，长期以来一直被认为是一个巨大的挑战，因此，需要具有高活性和耐久性的电催化剂。

尽管Pt基催化剂由于其高活性而备受关注，但其匮乏的资源和高昂的价格严重阻碍了它们的进一步商业应用。在过去的十年中，过渡金属-N4（M-N4）结构由于其在碱性介质中出色的ORR催化活性而引起了人们的极大兴趣。

酞菁及其衍生物具有中心金属原子与四个氮配体配位的典型结构，有利于快速电子传输，是有潜力的ORR催化剂。其中，酞菁铁（FePc）由于其出色的催化活性，已被广泛研究。然而，铁在ORR过程中会与过氧化物反应产生自由基，导致FePc降解。异质结构可以将不同材料组分的优点结合起来，是一种实现材料催化性能多方面增强的有效途径。

文章简介

近日，武汉理工大学赵焱教授、周亮教授与麦立强教授合作。在国际顶级期刊Advanced Functional Materials (影响因子：15.621) 上发表题为“Heterostructure Design in Bimetallic Phthalocyanine Boosts Oxygen Reduction Reaction Activity and Durability”的研究工作。

该工作提出了一种可行的方法，设计了具有高结晶度和非均相Fe/Co分布的异质结构Fe/Co双金属酞菁（FePc/CoPc HS）ORR催化剂。所获得的FePc/CoPc HS具有相当大的动力学电流和优异的稳定性。

本文要点

要点一：本文为解决酞菁铁在实际使用中遇到的稳定性问题，设计了一种具有非均相Fe/Co分布的Fe/Co双金属酞菁异质结构（FePc/CoPc HS）ORR催化剂。

要点二：同时，本文对具有高结晶度和非均相Fe/Co分布的FePc/CoPc微米棒，即FePc/CoPc HS进行了详细的结构分析，通过与FePc和CoPc对比发现，FePc/CoPc HS具有增长的Fe-N键长，Fe位点附近增加的电子密度和减小的HOMO-LUMO轨道能隙，这些结构优化使其ORR催化活性和稳定性得到提升。

要点三：此外，通过一系列的实验证明以FePc/CoPc HS为阴极催化剂的锌空气电池可实现高功率密度和高开路电压。这项工作为设计异质结构来克服酞菁基ORR催化剂的稳定性问题提供一种了可行的思路。

文章链接

Heterostructure Design in Bimetallic Phthalocyanine Boosts Oxygen Reduction Reaction Activity and Durability

https://doi.org/10.1002/adfm.202005000

通讯作者介绍

赵焱教授，湖北省“百人计划”专家，博士生导师。

武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室首席教授，武汉大学工业科学研究院二级教授，博导。主要从事计算化学、纳米材料模拟、新能源材料开发和3D打印的研究工作，赵焱是美国惠普公司3D打印技术的主创人员之一，获美国和国际专利25项，在其研究领域的国际权威刊物上发表高水平研究论文80余篇，SCI引用超过36000余次，其中一篇论文单篇引用超过12000次，H因子为50，10年来的高被引文章(Highly Cited Papers)为9篇，2014-2017连续4年都被美国汤森路透集团和科睿唯安公司列入全球高被引科学家名单。

周亮，武汉理工大学特聘教授，博士生导师，

2006年获复旦大学化学系理学学士学位，2011年获得复旦大学化学系理学博士学位，师从赵东元院士和余承忠教授。2011年加入南洋理工大学楼雄文教授课题组从事博士后研究，2012年加入昆士兰大学余承忠教授课题组从事博士后研究，2015年3月加入武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室。主要研究方向为功能纳米材料的电化学储能应用，在Chem. Soc. Rev., Nat. Commun., Angew. Chem. Int. Ed., Adv.Mater., Adv. Energy Mater., Adv. Funct. Mater., Nano Energy, Energy Storage Mater.等国际期刊发表SCI论文130余篇，文章被引用8800余次，H因子为49。

麦立强，武汉理工大学材料学科首席教授，博士生导师，

武汉理工大学材料科学与工程学院院长，英国皇家化学学会会士，国家重点研发计划“纳米科技”重点专项总体专家组成员。2004年在武汉理工大学获工学博士学位，随后在美国佐治亚理工学院、哈佛大学、加州大学伯克利分校从事博士后、高级研究学者研究。主要研究方向为纳米储能材料与器件，设计组装了国际上第一个单根纳米线电池器件，率先实现了新一代高性能纳米线电池的规模化制备和应用。目前已发表包括Nature，J. Am. Chem. Soc.，Adv. Mater.，Chem. Rev.等SCI论文350余篇；获授权国家发明专利100余项。2014年获国家杰出青年科学基金资助，2016年入选国家“万人计划”领军人才。主持国家重大科学研究计划课题、国家自然科学基金重点项目等项目30余项。获国家自然科学二等奖（第一完成人）、教育部自然科学一等奖（第一完成人）、中国青年科技奖、光华工程科技奖（青年奖）、国际电化学能源科学与技术大会卓越研究奖、入选国家“百千万人才工程计划”，并被授予“有突出贡献中青年专家”荣誉称号，享受国务院政府特殊津贴；入选2019年科睿唯安全球“高被引科学家”，2017年英国皇家化学会Top 1%高被引中国作者。任J. Energy Storage副主编，Adv. Mater.，Chem. Rev.客座编辑，Acc. Chem. Res.，Joule，ACS Energy Lett.，Adv. Electron. Mater.，Small国际编委，Nano Res.，Sci.China Mater.编委。