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祝贺杨植教授团队在碳基硫转化人工酶领域取得系列研究进展

发布时间:2021-10-28    来源:化学与材料工程学院    作者:    点击次    [点击关闭]

锂硫电池因具有高理论能量密度、低成本和环境友好等优势,被认为是下一代高能量密度动力电池的理想候选者。但其商业化却因硫电极低硫负荷及利用率、硫转化反应动力学迟缓、电池循环稳定性差等因素,而受到严重限制。开发高效的硫转化催化剂是破题的关键环节之一。

酶作为一种温和的绿色催化剂,在各种生理应激过程中展现出了惊人的催化能力。向大自然学习,让生命物质成为设计思想的源泉。近期,我校杨植教授团队在前期探究硫转化仿生人工酶的研究基础(二硫苏糖醇硫转化剪切剂,ACS Nano 2017, 11, 2209, IF=15.9; 血红素硫转化人工酶,Advanced Functional Materials 2020, 302003354IF=18.8; 硫转化仿生双控催化系统,ACS Nano 2020, 14, 7538),由辅酶在生命系统中能促进提升酶催化活性和稳定性受到启发,从结构和功能的角度模拟天然酶,提出通过设计模拟辅因子,将其引入锂硫电池体系,构筑出了碳纳米管血红素人工酶三聚氰胺辅因子硫转化仿生催化系统。利用辅因子中的三聚氰胺多级富氮结构与Li相互作用形成的多重锂键网络以及该辅因子与人工酶的电子相互作用,赋予了人工酶更高的催化能力和稳定性,进而实现了锂硫电池在倍率和循环耐久性方面的大幅度提升。团队还利用多种先进的原位光谱技术及理论计算,对电极界面结构的动态演变规律进行原位捕捉,从微观层面深度探究了在该仿生锂硫电池运行体系硫转化过程黑匣子。课题组率先发现并提出的多重锂键网络概念,为开发其它锂电池电化学储能装置提供了重要的理论基础。

相关研究成果以《Cofactor-Assisted Artificial Enzyme with Multiple Li-Bond Networks for Sustainable Polysulfide Conversion in Lithium–Sulfur Batteries》为题发表在化学、材料类杂志Advanced Science2021, 2104205, DOI: 10.1002/advs.202104205IF=16.8上。我校为唯一单位,本篇论文的所有作者均来自温州大学,通讯作者为杨植教授,第一作者为我校硕士研究生周苏雅和青年教师杨硕博士,蔡冬、梁策、于爽、胡悦、聂华贵参与了相关工作。

上述工作得到了国家自然科学基金,浙江省杰出青年基金,浙江省万人计划,浙江省自然科学基金,温州市重大人才工程等项目与才人计划支持。