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　　北大工學(xué)院郭少軍以通訊作者在《科學(xué)》上發(fā)表重要研究結(jié)果

　　近日，北京大學(xué)郭少軍">郭少軍研究員和蘇州大學(xué)、美國(guó)Brookhaven國(guó)家實(shí)驗(yàn)室相關(guān)研究人員的聯(lián)合團(tuán)隊(duì)在燃料電池陰極高效氧還原催化劑的研究取得重大突破。該工作首先通過(guò)化學(xué)油相合成并精細(xì)表征了具有特殊結(jié)構(gòu)的六方PtPb合金納米片，并評(píng)價(jià)了該材料的氧還原和醇氧化催化性能，最后基于量化計(jì)算結(jié)果證明膨脹晶格應(yīng)力對(duì)Pt(110)面的催化性能有大的促進(jìn)作用。這一全新活性位點(diǎn)的提出突破了過(guò)去人們對(duì)晶格應(yīng)力作用的傳統(tǒng)理解，為高性能電催化材料的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)指出了新方向。該合作成果發(fā)表在最新一期的國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》(Science)上。

　　為避免溫室效應(yīng)所帶來(lái)的氣候轉(zhuǎn)變危機(jī)，減少二氧化碳的排放已勢(shì)在必行。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球約有23%的CO2排放來(lái)源于交通運(yùn)輸，而其中大部分為汽車(chē)尾氣排放。因此，尋找基于清潔能源的汽車(chē)動(dòng)力技術(shù)替代傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)可有效解決二氧化碳過(guò)量排放所帶來(lái)的諸多環(huán)境問(wèn)題。由于其高能量密度、高能源轉(zhuǎn)換效率、低溫啟動(dòng)快等優(yōu)勢(shì)，氫能燃料電池被認(rèn)為是替代內(nèi)燃機(jī)的最理想汽車(chē)動(dòng)力。目前，世界諸多汽車(chē)巨頭都已開(kāi)發(fā)出各自品牌的燃料電池汽車(chē)，尤其以日本豐田公司的Mirai最為引人注目。然而，為保證輸出功率，目前的燃料電池仍需擔(dān)載較高的貴金屬Pt作為電催化劑，極大地制約了燃料電池汽車(chē)的商業(yè)化進(jìn)程。因此，如何提高目前Pt催化劑的活性同時(shí)降低電極中的Pt用量已成為燃料電池技術(shù)研究領(lǐng)域的核心課題。

　　通過(guò)實(shí)驗(yàn)和量化計(jì)算結(jié)果證明，適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)催化劑Pt表面的晶格應(yīng)力可極大地提高其催化活性。過(guò)去研究發(fā)現(xiàn)，給Pt表面施加一個(gè)壓縮應(yīng)力，使Pt原子的間距縮小，可優(yōu)化Pt的電子結(jié)構(gòu)，使其d帶中心下移，從而降低反應(yīng)中間體對(duì)Pt表面的毒化，提高反應(yīng)整體速率。國(guó)際上諸多研究團(tuán)隊(duì)也基于壓縮晶格應(yīng)力設(shè)計(jì)了諸多高性能的電催化材料，而膨脹的晶格應(yīng)力則往往被認(rèn)為對(duì)Pt的催化性能有制約作用。為深入理解電催化中的應(yīng)力效應(yīng)，北京大學(xué)工學(xué)院郭少軍">郭少軍團(tuán)隊(duì)與蘇州大學(xué)黃小清課題組、美國(guó)Brookhaven國(guó)家實(shí)驗(yàn)室Dong Su博士設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一種基于膨脹晶格應(yīng)力的新型催化劑。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該催化劑的比質(zhì)量和面積活性分別達(dá)到了7.8 mA/cm2和4.3 A/mgPt,比商業(yè)Pt/C分別高出27和34倍。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，膨脹性應(yīng)力能減弱含氧中間體對(duì)Pt(110)面上“橋式位點(diǎn)”的吸附強(qiáng)度，進(jìn)而提高氧還原催化性能。

　　郭少軍">郭少軍研究員表示：“該工作將對(duì)基礎(chǔ)電催化理論研究和新型高效燃料電池電催化劑的開(kāi)發(fā)產(chǎn)生重大影響，使研究人員得以認(rèn)識(shí)膨脹性應(yīng)力對(duì)電催化的潛在影響規(guī)律，也為下一代高性能低成本燃料電池電催化劑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了新思路。”

　　該工作在北京大學(xué)、蘇州大學(xué)和美國(guó)Brookhaven國(guó)家實(shí)驗(yàn)室三個(gè)單位的緊密合作下完成。郭少軍">郭少軍、Dong Su、黃小青依次為論文的通訊作者。該項(xiàng)目得到北京大學(xué)工程科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新高精尖中心基金、科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和國(guó)家自然科學(xué)基金等支持。

　　郭少軍">郭少軍簡(jiǎn)介:

　　郭少軍">郭少軍，北京大學(xué)材料科學(xué)與工程系及能源與資源系研究員、博士生導(dǎo)師，北京大學(xué)工程科學(xué)與新興技術(shù)高精尖創(chuàng)新中心Co-PI, 北京市先進(jìn)電池材料理論與技術(shù)中心PI, 能源材料課題組長(zhǎng)。迄今已在國(guó)際著名學(xué)術(shù)期刊Science (1), Nature Commun. (1), Chem. Soc. Rev. (2), Acc. Chem. Res. (1), JACS (13), Adv. Mater. (10), Angew. Chem. (7), Nano Lett. (5), ACS Nano (13), Nano Today (1), Adv. Energy Mater. (5)，Energy Environ. Sci. (3)和Adv. Func. Mater. (2)等共發(fā)表學(xué)術(shù)論文近200篇和書(shū)章節(jié)4部，其中以通訊/第一作者發(fā)表論文影響因子大于10共47篇、ESI Top 1%高被引論文40篇、ESI Top 0.1%熱點(diǎn)論文7篇、單篇引用超過(guò)100次的38篇和超過(guò)700次的3篇。發(fā)表文章已被引用14500余次，H指數(shù)為65。連續(xù)三年(2014、2015、2016)入選湯森路透世界高被引科學(xué)家，獲2016 International Society of Electrochemistry-Elsevier國(guó)際電化學(xué)獎(jiǎng)等。

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