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天津大学 复旦大学 伍伦贡大学
导读
本文报道了一种特殊的催化剂载体，掺入C，O的激光改性氮化硼（L-BN），用于析氧反应。L-BN在电催化方面具有独特的优势，即在氧化条件下具有较高的耐腐蚀性，层间B-B偶极相互作用产生的导电性增强，以及N-C=N键与IrOx催化剂的强相互作用。作为一种优良的底物，L-BN比碳黑具有更高的活性和稳定性。
背景简介
1. 贵金属在OER催化剂应用的不足
析氧反应（OER）是金属-空气电池、燃料电池和水分解实现电化学储能和/或转化的关键反应。迄今为止，尽管贵金属储量有限，价格昂贵，阻碍了大规模应用，但贵金属及其合金、氧化物和复合材料是最受欢迎的催化剂，因为它们具有优越的催化性能和对OER的高稳定性。
2. 降低贵金属OER催化剂成本的方法
氮化硼（BN）俗称白石墨，具有碳基材料的许多独特优点，如密度低、比表面积大、成本低等。更重要的是，它具有更高的化学和热稳定性，使其能够抵抗电化学腐蚀。不幸的是，由于其层间绝缘导致的BN的低导电性阻碍了其在电催化中的应用。最近，理论和实验结果表明，通过引入层间B-B偶极相互作用，BN可以产生中间隙态，从而形成层间导电通道，并显著提高了电导率。
3. PLA技术在电催化中的应用
先前的研究已经证明脉冲激光烧蚀（PLA）是一种容易破坏化学键和/或产生新键的方法。因此，PLA技术可能有助于在BN中形成层间B-B偶极相互作用，使BN成为催化剂的良好载体。此外，在碳基材料中掺入N还可形成C-N和/或C=N键，有利于锚定金属离子，提高其分散性。例如，氮掺杂石墨烯显著地改变了其电子结构，从而提高了其催化性能。相反，预计将C掺杂到BN中形成C-N和/或C=N键也会增强BN载体与催化剂之间的相互作用。
核心内容
令人鼓舞的是，L-BN支架上的IrOx优于CB上的IrOx：IrOx/CB在10mA cm-2时的过电位从276mV降至259mV，IrOx/L-BN的Tafel斜率从56.92mV dec-1降至36.68mV dec-1。增强的性能来源于IrOx与L-BN之间的强相互作用，它不仅保护IrOx不发生聚集，而且将Ir离子氧化成较高的价态。作者的工作表明，L-BN作为载体材料是一种很有前途的碳黑替代品，并显示出对催化剂的显著增强，以获得更好的OER性能。
图1. 微观形貌和元素分析
a) TEM,
b) HRTEM, and
c) HAADF-STEM images with the corresponding EDS mapping of the L-BN sample.
d) XPS,
e) FTIR, and
f) SSNMR spectra of BNc,o and L-BN.
文章链接:
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.201902521导师简介:
杜希文 教授
杜希文，天津大学材料科学与工程学院教授，博士生导师。毕业于清华大学获博士学位，曾任摩托罗拉高级工程师，曾在日本国家材料研究所做博士后研究。担任天津大学功能材料学术带头人、国家精品课程负责人，是澳大利亚昆士兰大学访问教授，教育部新世纪优秀人才、天津大学教学名师，曾获天津市青年科技奖、国家教学成果二等奖、天津市自然科学一等奖、天津市产学研突出贡献奖、宝钢优秀教师奖，主编的教材被评为教育部普通高等教育精品教材。建立了量子点材料与器件研究方向和包括多名教授博士组成的科研团队。包括：发展了有机无机杂化发光材料的理论，获得了空前的发光效率；提出了密堆量子点的新型太阳电池结构，被J. Mater. Chem. 选为封面论文和研究亮点；建立了长脉宽激光合成纳米材料的系统理论，被Nature China选为研究亮点。主持过863项目、国家基金等十项国家和省部级重点项目，共在JACS、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.、Chem. Mater. 、J. Mater. Chem.、Langmuir、APL等国际一流杂志发表SCI论文100余篇，被SCI引用800余次。
方方 教授
方方，复旦大学材料科学系教授，博士生导师。2000年至2009年在复旦大学获得学士和博士学位。获得博士学位后留校任教，从事科学研究工作。2017年1月晋升为教授，博导，主要从事新能源材料研究。过去几年主要围绕着氢制取、氢储运、氢应用和氢表征开展了氢能领域的全链式研究，在电解水制氢催化剂，高容量储氢材料，氢致变色、新型氢化物二次离子电池和氢相关的先进表征技术等方面取得了突出成绩，其研究成果获得国内外同行的高度认可和广泛关注。目前在Adv. Mater.、Adv. Energy Mater.、 Acta Mater.、Adv. Funct. Mater.等国际著名期刊上发表论文80余篇，论文SCI他引1000余次。近五年以第一/通讯作者发表SCI论文中IF>5的总共20余篇，主持了国家自然科学基金项目4项，作为合作单位负责人参加国家自然科学重点项目1项，主持上海市自然科学基金1项。
侴术雷 教授
Shu-Lei Chou is a Principal Research Fellow at the Institute for Superconducting and Electronic Materials (ISEM), University of Wollongong. He obtained his bachelor’s (1999) and master’s degrees (2004) from Nankai University, China. He received his Ph.D. from the University of Wollongong in 2010. His research focuses on energy-storage materials for battery applications, especially on novel composite materials, new binders, and new electrolytes for Li/Na batteries. He has published more than 170 journal papers, including Science, Nature Communications, Angewandte Chemie International Edition, JACS, Advanced Materials, Advanced Energy Materials and Nano Letters. Total citations is more than 7100 times with an H-index = 47.
