建大新闻网讯 近日，我校理学院新材料研究中心在三功能电催化材料的设计与性能研究方面取得重要进展，在能源领域国际权威期刊Journal of Energy Chemistry（能源化学，中科院分区：SCI一区TOP期刊，最新影响因子IF：13.599）发表题为“Transition metal embedded in nonmetal-doped T-carbon [110]: A superior synergistic trifunctional electrocatalyst for HER, OER and ORR”（过渡金属嵌入非金属掺杂T -碳[110]:一种优异的协同三功能HER、OER和ORR电催化剂）的最新研究成果。论文第一作者为理学院硕士研究生赵政钦，郝劲波副教授为论文通讯作者，西安建筑科技大学为论文第一完成单位。
在清洁和可持续能源技术中，氧化还原反应决定了整体能量的转换效率。析氢反应(HER)、析氧反应(OER)和氧还原反应(ORR)由于多步质子耦合电子转移反应路径，受到动力学迟缓和高能垒的限制，导致转换效率低下。因此，设计高效、低成本的多功能电催化剂对于清洁能源的发展至关重要。二维碳基纳米材料由于具有成本优势和多尺度可调性，在多功能催化领域得到了广泛研究和应用。
T -碳做为一种新型材料，是各种碳同素异形体中密度最低的轻质材料，其110晶面(TC[110])具有由12个碳原子组成的大孔，可通过多种方法合成。本文通过第一性原理计算，设计并研究了过渡金属(TM=Fe, Co, Ni, Cu, Zn)嵌入非金属(X=B, N)掺杂TC[110]单层中的电催化性能。研究结果表明，Co3嵌入N掺杂TC[110]单层在热力学和动力学上都表现出优越的HER/OER/ORR性能，并且结构中的大孔可以有效提高协同催化性能。
此外，还利用晶体轨道哈密顿布居(COHP)和分子轨道方法(MOs)揭示了电催化活性的起源。研究结果为新型协同三功能电催化剂的设计和应用提供了一种策略和可行思路。
理学院新材料研究中心成立于2020年1月，依托西安建筑科技大学理学院和北京邮电大学信息光子学与光通信国家重点实验室，以交叉创新为引擎，形成了以中青年教师及博士为主，结构合理、学缘宽泛、创新精神及科研能力强的研究团队。团队结合青年教师的基础能力和特点，挖掘科研潜力，发挥交叉创新优势，突出平台自身特色，聚焦计算方法、新能源材料和光电材料等科研方向，取得了显著成效和丰硕成果。
文章链接：
https://doi.org/10.1016/j.jechem.2023.04.003
文字、图片：郝劲波
