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李从举教授团队在微生物燃料电池MOF/纳米纤维柔性电催化剂方向取得阶段性进展


发布时间:[2022-03-24]   点击数:

近日,北京科技大学李从举教授团队在《Applied Catalysis B: Environmental》(ACB)上发表题为“Nanoflower-branch LDHs and CoNi alloy derived from electrospun carbon nanofibers for efficient oxygen electrocatalysis in microbial fuel cells”的文章,ACB是一本环境领域国际顶级学术期刊,影响因子在环境科学领域排名第一(1/220)。


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为了实现未来的“碳中和”和“碳达峰”,开发可替代化石能源的清洁低碳、安全高效的能源技术越来越重要。微生物燃料电池(MFC)能通过微生物将废水和其他有机废物中的化学能转化为电能,为同时解决能源危机和水污染问题提供了可能的解决方案。然而MFC阴极反应通常慢于阳极,在阴极表面堆积的电子极大程度限制了燃料电池的能量转换效率和产电性能。因此,在MFC阴极添加高活性和耐久性的电催化剂用于加速阴极氧还原反应(ORR)是非常必要的。

由金属有机框架材料(MOFs)衍生的碳纳米材料,特别是杂原子掺杂的MOFs,具有高表面积、高化学稳定性和可调节的结构,显示出了电催化反应的前景。然而在高碳化温度下,MOFs通常容易坍塌并聚集,导致孔隙结构被破坏,比表面积减少,这大大降低了其电化学性能。为克服这些缺点,利用支撑基底构建MOF装饰的高导电网络框架对于燃料电池催化剂的发展具有重要意义。


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二年级博士生李惠雨同学在前期通过原位生长的方法在纳米纤维表面构筑掺杂Fe的ZIF-8,经煅烧形成微生物燃料电池阴极三维MOFs/碳纳米纤维电催化剂设计(论文发表在中科院一区Journal of Power Sources, 2021, 512, 230522)的基础上,通过模板介导的生长方法将纳米纤维表面的MOFs转换成更稳定、导电性更好的层状双氢氧化物(LDHs)纳米花-枝结构,经高温煅烧成功制备出具有大比表面积和丰富的CoNi合金活性位点的ORR催化剂(CoNi-LDH@CNFs),并将其成功应用于MFC阴极,获得高输出功率和长期稳定性。这项工作可以为合成低成本、环保、高效的适用于 MFC 的阴极催化剂提供新的视角。

文章链接:https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2022.121136.

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