劉攀團(tuán)隊(duì)在國際高水平期刊Advanced Functional Materials發(fā)表氣相脫合金在高效穩(wěn)定析氧反應(yīng)中應(yīng)用的最新進(jìn)展。

開發(fā)低成本、高效的析氧反應(yīng)(OER)催化劑，對提高水分解和金屬-空氣電池等綠色電化學(xué)能源轉(zhuǎn)換效率至關(guān)重要。然而，涉及四電子轉(zhuǎn)移的OER動力學(xué)緩慢，仍需大量稀有的銥/釕基貴金屬氧化物來驅(qū)動其達(dá)到足夠的電流密度。非貴金屬基催化劑的OER活性和穩(wěn)定性低于貴金屬，需要開發(fā)有效的策略來提高其本征活性、活性位點(diǎn)密度和耐久性。納米多孔金屬作為一種結(jié)構(gòu)功能一體化材料，具有三維雙連通開放多孔結(jié)構(gòu)和高比表面積，有利于內(nèi)部多孔通道內(nèi)的質(zhì)量傳輸，已被應(yīng)用于電催化領(lǐng)域，且作為復(fù)合材料基底可與其他活性物種結(jié)合，能夠精確控制負(fù)載量和界面結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步提高催化性能。氣相脫合金法是制備納米多孔金屬的新興環(huán)保的有效方法?；诖耍瑒⑴收n題組研究了氣相脫合金技術(shù)的物理參數(shù)對納米多孔鈷基材料特征韌帶尺寸的影響。衍生的納米多孔復(fù)合催化劑在10 mA cm-2時具有198 mV的超低過電位，Tafel斜率為57.1 mV dec-1，在500 mA cm-2大電流密度下可持續(xù)工作50 h以上。卓越的OER活性和快速的反應(yīng)動力學(xué)歸因于通過界面上的Co-O-Ru鍵耦合進(jìn)行的電荷轉(zhuǎn)移及優(yōu)異的納米多孔雙連通結(jié)構(gòu)，而耐久性則源于高度穩(wěn)定的CoO/RuO2界面。該工作對韌帶大小和界面活性物種的精確調(diào)節(jié)為氣相脫合金應(yīng)用的功能化提供了強(qiáng)有力的支持。

圖1 納米多孔Co@CoO/RuO2材料的合成

圖2 電化學(xué)催化性能測試

圖3 np-Co@CoO/RuO2復(fù)合材料界面

另一項(xiàng)研究成果以“Crystal Plane-Orientation Dependent Phase Evolution from Precursor to Porous Intermediate Phase in the Vapor Phase Dealloying of a Co-Zn Alloy”為題發(fā)表在國際金屬材料領(lǐng)域高水平期刊《Acta Materialia》。材料科學(xué)與工程學(xué)院博士生李艷影、韓小藏為論文共同第一作者，劉攀副教授為通訊作者。上海交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院為第一完成單位。

劉攀團(tuán)隊(duì)在國際高水平期刊Acta Materialia發(fā)表氣相脫合金相變機(jī)制的最新進(jìn)展

氣相脫合金是制造納米多孔金屬的新興方法，利用不同金屬元素之間的飽和蒸汽壓差，選擇性地去除前驅(qū)體合金中較高蒸氣壓的組分以制備具有三維雙連通結(jié)構(gòu)的納米多孔金屬。與其他脫合金方法相比具有低成本、可收集蒸發(fā)成分降低污染、有較廣泛適用范圍等優(yōu)勢。目前氣相脫合金過程中相的形成和孔的演變機(jī)制仍是未知。了解氣相脫合金過程中的相變和孔隙形成，對優(yōu)化納米多孔金屬的微觀結(jié)構(gòu)與組成以實(shí)現(xiàn)多功能應(yīng)用至關(guān)重要?；诖?，該研究報告了以二元γ-CoZn為前驅(qū)體合金的氣相脫合金形成及演化的多孔結(jié)構(gòu)中間相β-CoZn。研究發(fā)現(xiàn)，在脫合金前沿形成的微米級多孔β-CoZn中間相促進(jìn)了具有中間相的微孔結(jié)構(gòu)的分級納米多孔α-Co的生長。結(jié)合球差校正掃描透射電子顯微鏡和能量色散X射線光譜，發(fā)現(xiàn)中間相優(yōu)先形成在前驅(qū)體的特定晶面，由鋅原子升華產(chǎn)生的空位主要在靠近中間相的前驅(qū)體{110}晶面發(fā)生擴(kuò)散。理論計(jì)算表明，鋅空位在低指數(shù){110}晶面上擴(kuò)散的能量勢壘低于其他晶面，闡明發(fā)生在脫合金前沿的反應(yīng)機(jī)制。這項(xiàng)工作揭示了原子尺度的相變在多孔結(jié)構(gòu)演變中起著關(guān)鍵作用，為氣相脫合金的相變提供了深刻的見解，并為通過設(shè)計(jì)和調(diào)節(jié)納米多孔金屬的中間相來調(diào)整其孔隙結(jié)構(gòu)和組成以實(shí)現(xiàn)更廣泛的功能化應(yīng)用提供了一種新的方法。

圖1 γ-CoZn前驅(qū)體部分脫合金反應(yīng)后的形貌表征

圖2 γ-CoZn前驅(qū)體與β-CoZn中間相原子尺度界面

圖3 鋅空位擴(kuò)散路徑

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