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电子科技大学孙旭平教授课题组在静电纺丝方面

能源环保    2021-09-18 17:32

作者简介

 

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孙旭平,博士,教授,博士生导师,电子科技大学基础与前沿研究院。

 

多年从事功能材料表界面设计与调控及催化和传感应用研究。首次以生物质为原料合成杂原子掺杂荧光碳点,发展了基于掺杂碳点的荧光重金属离子检测新方法;提出保形磷化策略可控制备无表面活性剂过渡金属磷化物纳米结构及三维纳米阵列,实现高效电解水制氢;发展了基于过渡金属磷化物的均相荧光核酸检测新技术及有机小分子电化学传感新器件和新方法;建立了电化学合成氨催化新体系。在 Nat. Commun., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem., Adv. Mater., Adv. Energy Mater., Nano Lett.等刊物发表研究论文530余篇,单篇引用大于200次论文45篇,单篇最高引用1592次, 论文总引约43000次, H 指数109。

 

本文梳理了孙旭平教授课题组近年来在静电纺纳米纤维方面的研究进展,以发表时间进行排序,供大家交流学习。

 

1. Nano Energy:以Nb2O5纳米纤维作为高性能电催化剂

 

青岛大学许元红教授课题组与电子科技大学孙旭平教授等合作在催化固氮领域取得了重要进展。实验证明Nb2O5纳米纤维可作为非贵金属NRR电催化剂,具有较高的活性和选择性。当在 0.1M HCl 中测试时,这种 Nb2O5 纳米纤维在 -0.55V 与可逆氢电极下实现了高平均 NH3 产率(43.6μgh−1 mg−1cat.)和高法拉第效率(9.26%)。值得注意的是,它在电解和回收测试中也表现出很高的稳定性。

 

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Jingrui Han,et al., Ambient N2 fixation to NH3 at ambient conditions: Using Nb2O5 nanofiber as a high-performance electrocatalyst, Nano Energy, 2018, DOI: 10.1016/j.nanoen.2018.07.045

 

2. Journal of Materials Chemistry A:电纺TiC/C纳米纤维在环境条件下电催化N2还原

 

电子科技大学孙旭平教授和李廷帅副教授合作通过简单的静电纺丝和碳化技术制备了TiC/碳杂化纳米纤维(TiC/C NF)作为一种高效的稀土丰富的N2还原反应(NRR)电催化剂。用0.1 M HCl 溶液作为电解质,在-0.2 V电位(相对于标准氢电位)下,TiC/C NF产氨效率达到 14.1 μg h-1 mg-1,法拉第效率为 5.8%。TiC/C NF中的TiC纳米晶具有较强的N2亲和力,有利于N≡N键的断裂和后续加氢反应步骤,同时,一维碳框架具有足够的导电性和有效表面积促进N2还原反应。

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Guangsen Yu, et al., Electrospun TiC/C nanofibers for ambient electrocatalytic N2 reduction, Journal of Materials Chemistry A, 2019, DOI: 10.1039/c9ta07096f

 

3. Journal of Energy Chemistry :具有氧空位的多孔 LaFeO3 纳米纤维作为环境条件下 N2 转化为 NH3 的有效电催化剂

 

电子科技大学孙旭平教授和四川师范大学李权报道了具有氧空位的多孔LaFeO3纳米纤维作为一种高效的NRR电催化剂,具有丰富的活性位点来增强对N2的吸附和活化。当在 0.1 M HCl 中测试时,这种电催化剂在 -0.55 V 与可逆氢电极下实现了 8.77% 的高法拉第效率和 18.59 µg h–1 mgcat.–1 的高NH3 产率。该催化剂还显示出高长期电化学稳定性和出色的 NH3 形成选择性。

 

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Chengbo Li, et al.,Porous LaFeO3 nanofiber with oxygen vacancies as an efficient electrocatalyst for N2 conversion to NH3 under ambient conditions, Journal of Energy Chemistry, 2020,  DOI: 10.1016/j.jechem.2020.03.044

 

4. Journal of Materials Chemistry A: 电纺一维碳纳米纤维结构/异质结构作为钠离子电池负极材料的研究进展

 

电子科技大学孙旭平教授和四川大学郭孝东综述了一维结构/异质结构碳纳米纤维(CNFs)的合成方法,为开发钠离子电池负极材料奠定了基础。描述了 CNFs 结构和化学的合理设计,包括构建交联结构和多孔结构以及杂原子掺杂,然后说明如何对 CNFs 作为异质结构中的碳基质的深入理解提供对具有高理论容量的负极材料(合金和金属硫属元素化物)的电子电导率、电化学活性和循环稳定性。基于这些见解,总结了通过静电纺丝设计一维碳纳米纤维基材料的关键问题、挑战和研究方向的未来前景。

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Luchao Yue, et al.,Recent advances in electrospun one-dimensional carbon nanofiber structures/heterostructures as anode materials for sodium ion batteries, Journal of Materials Chemistry A, 2020,DOI: 10.1039/d0ta03963b

 

5. Journal of Materials Chemistry A:静电纺纳米纤维基超级电容器的研究进展

 

电子科技大学孙旭平教授综述了近年来静电纺丝一维纳米纤维作为SCs电极材料的研究进展。讨论了三类静电纺电极纳米材料(即碳纳米纤维、碳纳米纤维复合材料和无碳过渡金属氧化物)的设计和优化策略。此外,对静电纺纳米纤维的导电性、电化学响应和耐久性的重要见解进行了综述。最后,作者对这些讨论和见解如何为静电纺纳米纤维(作为电极材料)拓展下一代SCs的潜在应用进行了展望。

 

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Jie Liang, et al., Recent advances in electrospun nanofibers for supercapacitors, Journal of Materials Chemistry A, 2020, DOI: 10.1039/d0ta05100d

 

6. Mater. Today Phys.:静电纺丝非贵金属纳米材料的氧还原性能研究进展

 

电子科技大学基础与前沿研究院孙旭平教授团队对近几年静电纺丝非贵金属纳米材料氧还原性能的研究进展进行了综述。文章系统阐述了静电纺丝非贵金属纳米材料氧还原性能的研究进展,包括杂原子掺杂碳纳米纤维、过渡金属/碳纳米纤维复合材料和无碳纳米纤维的合成策略、构效关系和反应机理,并总结了静电纺丝非贵金属纳米材料在ORR中所面临的挑战及未来的研究方向。

 

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Zhaoquan Xu, et al., Noble-metal-free electrospun nanomaterials as electrocatalysts for oxygen reduction reaction, Materials Today Physics,2020, DOI: 10.1016/j.mtphys.2020.100280

 

7. Angewandte Chemie:蜂窝状碳纳米纤维:一种超亲水的O2电催化剂为二电子氧还原反应提供超高的质量活性

电子科技大学孙旭平教授、河南大学马东伟副教授和四川师范大学李权教授团队带领下,报道了使用一种超亲水性O2捕集电催化剂来实现超高质量活性的双电子氧还原电催化。蜂窝碳纳米纤维(HCNFs)具有较强稳定性,其H2O2选择性可达97.3%,远高于固体碳纳米纤维。这种催化剂实现了高达220 A g-1的超高质量活性,超过了所有其他双电子氧还原反应催化剂。超亲水多孔碳骨架具有丰富的含氧官能团,促进了电解液对催化剂的有效电子转移和润湿性,相互连通的空腔可以更有效地捕集气泡。

 

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Dai Dong, et al., Honeycomb Carbon Nanofibers: A Superhydrophilic O2‐Entrapping Electrocatalyst Enables Ultrahigh Mass Activity for the Two‐Electron Oxygen Reduction Reaction, Angewandte Chemie,2021, DOI:10.1002/anie.202101880