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科学研究

我院2017级研究生王贤及2018级本科生董桉瑞在国际著名期刊 Small上发表学术论文

发布时间:2020-11-03    来源:化材学院    作者:    点击次    [点击关闭]

近日,我院2017级化学专业研究生王贤及2018级应用化学专业本科生董桉瑞(共同一作)在国际著名期刊《Small》上发表题为“Surfactant-Mediated Morphological Evolution of MnCo Prussian Blue Structures”(表面活性剂诱导的锰钴普鲁士蓝结构的形态演化)的研究论文,该论文开发了一种全新的策略实现了在离子型表面活性剂的作用下精确控制普鲁士蓝类似物纳米材料的晶体结构及形貌,并揭示了其纳米结构演化的机理。


普鲁士蓝类似物(PBA)纳米材料因其成本低,制备简单、可调控的框架和组成而受到广泛关注。它们是具有固定孔隙的功能性材料,拥有独特的物理化学特性。在电化学能量存储和转化领域得到了广泛的应用,如锂/钠离子电池,超级电容器,氧还原反应高效催化剂等等。PBA材料的结构特征在很大程度上影响着PBA材料性能。尽管已有自组装、自上而下、自下而上、模板法等方法实现了对纳米材料的精确控制。但由于反应过程中多组分相互作用,使得反应结果难于预测。因此,设计一种能够精确控制纳米材料的晶体结构及其形貌的方法是至关重要的。

温州大学化学与材料工程学院钱金杰副教授课题组提出了一锅法合成锰钴普鲁士蓝类似物MnCoPBA纳米晶体,这是一种简便的通过控制反应时间的水热合成法,所制备的MnCoPBA纳米晶体在表面活性剂作用下随时间呈现出不同的形态。MnCoPBA可由实心截面球体PBA-I逐步转变为空心面开放的立方结构PBA-IVMnCoPBA因其(111)面的表面能高于(100)面,反应过程中离子倾向于吸附在(111)面上,导致更快的生长速率。反应开始时,晶体的形貌主要受动力学控制,晶体沿(111)面的生长速度快,从而形成实心截面球体PBA-I。随着反应的进行,十二烷基硫酸钠倾向于吸附在高活性的(111)面上,从而降低了表面能,并抑制它的快速分解。与此同时,钱老师课题组观察到了PBA外壳处在热力学上更稳定的(100)面的外延生长,而最开始生成的晶核由于其不稳定性会溶解,最终得到空心面开放的立方PBA-IV。最后通过在惰性气体保护下的热解,该课题组可以将具有不同形态的MnCoPBA纳米晶体转化为相应的衍生碳复合材料。其中,PBA-III-700呈现独特的空腔结构,具有丰富的活性位点,有利于离子扩散,因此表现出最佳的氧还原反应(ORR)性能,在0.1 M KOH溶液中为0.801 V,扩散极限电流密度为5.36 mA·cm-2。此外,PBA-III-700ORR稳定性和耐甲醇性优于商业化的Pt/C,而基于PBA-III-700的锌空气电池显示的峰值功率密度为103.4 mW·cm-2,与商业化的Pt/C相当。

Small期刊的中科院分区为SCII)区,刊物最新影响因子为11.459

该论文信息如下:Small2020DOI: 10.1002/smll.202004614网络阅读地址为:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202004614


PBA-IPBA-IV的纳米结构演变示意图