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新突破!国际顶刊PNAS刊发武汉工程大学教师杨欢、江学良教授与华中科技大学夏宝玉教授合作的最新研究成果!

【 发布日期:2022-05-11 | 点击:


2022年5月9日,国际顶级期刊PNAS以研究长文形式刊发澳门银银河官方网在线登录杨欢、江学良教授与华中科技大学化学与化工学院夏宝玉教授合作的最新研究成果《Constructing nickel–ironoxyhydroxides integrated with iron oxides by microorganism corrosion for oxygenevolution》:该文是武汉工程大学首次以第一单位在PNAS上发表研究成果。同时也是杨欢博士在顶刊《Nature Communications》发表《Preparation of Nickel-Iron HydroxidesbyMicroorganism CorrosionforEfficient Oxygen Evolution》后的又一重大研究成果。武汉工程大学杨欢为第一作者,台湾淡江大学董崇礼副教授、南昌大学王红明教授为共同一作,武汉工程大学江学良教授和华中科技大学夏宝玉教授为论文的共同通讯作者。

该文阐述了微生物腐蚀构筑高效镍铁基析氧催化剂的最新研究进展:通过自然界微生物铁氧化菌(IOB)参与的腐蚀过程,构筑了氧化铁团簇与镍铁氢氧化物纳米片结合形成的生物膜电极。该方法将传统的腐蚀工程和新兴的能源技术结合起来,展示了一种简便的腐蚀策略来构建高效析氧催化电极,这项工作展示了细菌腐蚀能够成功制备高效的析氧催化电极,以及明确了腐蚀层的构效关系,对制备新型过渡金属基催化剂提供方向指导和理论支持。

过渡金属基氢氧化物具有独特的二维层状结构、灵活调变的化学组成及优异的电催化性能等优点。因此,设计低成本、环境友好、高效的过渡金属基氢氧化物对于开发可持续的析氧催化剂具有重要意义。通常,铁掺杂到镍氢氧化物中能够改变镍中心周围的电子结构和局部环境,从而稳定中间产物并促进OER。目前,不同的制备方法如电化学沉积、水热/溶剂热被用来制备过渡金属氢氧化物。然而,这些报道的电催化剂主要从几何结构、掺杂或缺陷工程等本体调节。此外,这些方法需要在复杂的合成环境下进行精细的调控。针对上述难题,该工作采用微生物腐蚀的方法自上而下的构筑了镍铁氢氧化物纳米层,得到的腐蚀产物为氧化铁团簇与镍铁氢氧化物纳米片结合形成的生物膜电极,引入的微生物腐蚀产生的铁氧化物进一步优化了活化的羟基氧化物电极中Ni的电子结构,从而大幅提升了镍铁氢氧化物纳米层的析氧活性(图1)。

图1腐蚀电极的制备,形貌和结构表征

这项工作不仅构筑了一种高效的析氧反应催化剂,更重要的是展示了一种自上而下的微生物腐蚀工程策略。该方法将传统微生物腐蚀与新兴的电化学能源有效地结合起来,为大规模的设计低成本、环境友好、高效的电催化剂提供了新思路,对发展新能源技术具有重要科学意义和应用价值。该研究得到了国家自然科学基金委员会、武汉工程大学、华中科技大学等各方面的支持。

论文链接:https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2202812119

   PNAS是《美国科学院院报》(Proceedings of the National Academy of Sciences of the UnitedStates of America)缩写,亦是公认的世界四大名刊(Nature,Science,Cell,PNAS)之一。PNAS创刊于1914年,拥有超过百年的办刊历史,有着很高的国际声誉。PNAS发表的文章涵盖研究领域包括:医学、生物、化学、物理、环境生态、社会科学等,是被引用次数最多的综合性期刊之一。发表在PNAS上的文章往往代表了非常前沿的研究报告、学术评论、重大发现,以及学科回顾。(审稿 王涛)