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科学研究

杨植和黄少铭研究组在碳基能源催化材料领域取得系列研究进展

发布时间:2017-03-14 来源: 编辑: 点击[点击关闭]

  在现有的新型锂电储能体系中,以单质硫为正极,金属锂为负极的锂硫电池,因具有高理论容量和能量密度、低成本、以及对环境友好等特点而得到业内广泛关注。然而,要实现此类器件的真正大规模商业化应用,其中在硫正极的研究仍面临诸多基础科学及技术难题。   
  最近,温州大学杨植教授和黄少铭教授研究组由生物小分子-二硫苏糖醇(DTT)在室温下能自发高效剪断存在于蛋白质中的双硫键(-S-S-),从而破坏蛋白质的三维结构这一现象而受到启发,设计和开发出了基于二硫苏糖醇/石墨烯的超轻插层膜,将该膜应用在锂硫电池正极和隔膜之间后,通过利用DTT高效剪切双硫键的特性,能有效控制聚硫离子在电极材料表面以及电解液中不断形成、聚集的问题,从而有效降低锂硫电池中聚硫离子浓度,以抑制穿梭效应,使用该技术后所组装的锂硫电池在5C的放电电流下循环1100次后,仍展现了优异的循环稳定性,相关结果已发表在今年的ACS Nano(2017,11, 2209,影响因子13.3)上。


 
  上述工作,是该研究组近年来在碳基能源催化材料研究领域研发的进一步拓展。近年来,该课题组针对当前锂硫电池、燃料电池、电催化等领域的关键科学和技术难题,以纳米结构碳材料为研究对象展开系统研究,取得了系列创新性成果:1)设计并发展了多种多功能(离子选择性吸附、高导热、隔膜保护、聚硫离子剪切等)石墨烯复合插层膜,大幅度提高了锂硫电池的倍率和循环稳定性(Advanced Materials 2015,27,2891,IF=18.9; ACS Nano 2017, 11, 2209,IF=13.3;Journal of Materials Chemistry A 2014,2,8683;Journal of Material s Chemistry A 2016,4,15143);2)提出“雾化乙醇辅助渗透热解法”,实现了多种过渡金属氧化物在高密度碳管阵列上均匀、深度涂覆,在氧还原催化中展现了好的潜在应用前景(Advanced Materials 2014, 26, 3156,IF=18.9;  3)设计开发了多种非贵金属高效氧还原、氢析出碳基催化剂(ACS Nano 2012, 6, 205,IF=13.3;Chem. Commum. 2012, 48, 1027;Nanoscale 2014, 6, 2603;Nanoscale 2013, 5, 3283;Nanoscale 2012, 4, 6455;ACS Appli. Mater. Inter.2011, 3, 2601;ACS Appli. Mater. Inter. 2016, 8, 3543;ACS Applied Materials & Interfaces, 2016, 8, 17284.;Journal of Power Sources 2011, 196, 9970;Journal of Power Sources 2013, 236, 238等),相关研究也多次登上了Advanced Materials、JMCA、Nanoscale等杂志的封面,其中发表在ACS Nano (2012, 6, 205,影响因子13.3)上的有关硫掺杂石墨烯的研究工作,目前已被引用582次,入选ESI热点和高引论文,基于在该领域的贡献,2013年受国际著名电化学能源杂志(Journal of Power Sources)编辑团队邀请,撰写综述(Journal of Power Sources 2013, 236, 238),该论文也入选ESI热点和高引论文。
  杨植教授自2009年9月进入温州大学化材学院黄少銘教授团队以来,已在Advanced Materials、 ACS Nano、Advanced Energy Materials等IF大于10.0的期刊发表论文8篇,在Chemical Communications、 Small、JMCA、Nanoscale、Journal of Power Sources、ACS Applied Materials & Interfaces等IF大于6.0的期刊上发表论文28篇,7篇入选ESI高被引论文,3篇入选ESI热点论文,5篇通讯作者论文单篇引用超过100次,单篇最高引用580次,论文被它引2400余次,H因子23, 获教育部高等学校自然科学二等奖1项(排名第三),温州市科学技术进步奖1项(排名第二),所指导的硕士生获浙江省化学会创新奖。
  上述研究工作得到了国家自然科学基金、浙江省科技厅项目和浙江省化学重中之重学科的资助。