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中国海洋大学在二维纳米材料溶液相制备方面取得新进展

2023-06-03 09:39:04 | 中国海洋大学 |

　　近日，中国海洋大学材料科学与工程学院黄明华教授团队与国外合作者等在Nature子刊Nature Synthesis发表了题为“Growth strategy for solution-phase growth of two-dimensional nanomaterials via a unified model”（建立统一模型指导二维纳米材料的溶液相制备）的最新国际合作研究成果，论文发表后被国际顶级期刊Science作为研究亮点（Research Highlight）进行了报道。
 
　　发展氢能经济为加速推动能源绿色转型、实现“碳达峰、碳中和”双碳目标的重大战略提供了重要保障，可再生能源电解水制氢是目前最具潜力的低碳绿色制氢路线之一，但该制氢方式采用昂贵且稀有的贵金属基材料如RuO2等，限制了其进一步发展。二维（2D）非贵金属基材料由于其较高的比表面积和大量的不饱和原子等，被认为是替代上述贵金属催化剂的有效候选者之一。目前，大多数二维材料的合成方法因其种类而异，主要是依靠经验性的“试凑法”（trial-and-error），依然缺乏明确的反应参数与材料结构之间关系的指导。
 
　　针对以上问题，该研究通过理论计算和实验的交叉动态验证的方式，确定了溶液相沉淀法制备二维材料的定性化指导策略，即：（1）若某一材料的结构在各个方向相差较大，则通过调节反应物浓度便可实现材料的二维形貌生长；（2）若某一材料的结构在各个方向相差不大，则需要调节反应温度来实现二维形貌的生长。在上述发现的指导下，确定了二维材料的一种通用化合成方案，实现了30余种二维材料（包含氢氧化物、氧化物、磷酸物、硫化物等）的合成，其中所制备的Fe掺杂氢氧化钴二维材料展示出优异的电解水制氢性能。同时，得益于简单方便的合成方法，还可以实现二维纳米材料的克量级制备。该工作阐明了纳米材料沿特定晶面生长的受控影响机制，建立了指导特定维度材料制备的定性模型，为未来优化合成更多复杂的二维纳米材料提供了新思路。
 
　　黄明华教授团队长期从事清洁氢能开发与利用关键材料设计方面的研究，致力于将国家重大需求与应用基础研究相结合，重点研究纳米材料的可控制备以及其在电解（海）水制氢和燃料电池、锌空电池等领域的应用。该文章是黄明华教授团队继在中科院一区Top期刊J. Energy Chem和Angew. Chem. Int. Ed.连续发表2篇高水平论文后，在国际科研合作和人才培养方面取得的又一重要成果，该项工作得到了国家自然科学面上基金等资助。
　　二维生长习惯与溶液浓度和反应温度的关系示意图
 
　　相关链接：
 
　　1. https://www.nature.com/articles/s44160-023-00281-y
 
　　2. https://www.science.org/doi/full/10.1126/science.adi4116
中国海洋大学 二维纳米

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