雙良環(huán)境 聯(lián)合 南京工業(yè)大學(xué)化工學(xué)院/衢州膜材料創(chuàng)新研究院團(tuán)隊(duì)在
NATURE COMMUNICATIONS 雜志上發(fā)表期刊文章
近日，雙良環(huán)境聯(lián)合南京工業(yè)大學(xué)化工學(xué)院/衢州膜材料創(chuàng)新研究院團(tuán)隊(duì)在國際頂級期刊《NATURE COMMUNICATIONS》上發(fā)表了題為“Species mass transfer governs the selectivity of gas diffusion electrodes toward H2O2 electrosynthesis”的研究論文。
圖1：期刊封面
1成果介紹
H2O2電合成工藝近年來取得了長足的進(jìn)步，一般認(rèn)為阻礙該技術(shù)工業(yè)化實(shí)施的關(guān)鍵瓶頸在于2e− ORR的耗氣特性與O2在水中固有的低溶解度間難以調(diào)和的矛盾。氣體擴(kuò)散電極(GDE)允許直接利用氣態(tài)原料并大大縮短氣體遞送距離被廣泛認(rèn)為是最適合2e− ORR的電極架構(gòu)平臺(tái)。特別是對于那些具有仿生呼吸設(shè)計(jì)的GDE，其無需耗能的曝氣設(shè)施的特點(diǎn)為進(jìn)一步推進(jìn)商業(yè)上可行的電解電堆鋪平了道路。因此，設(shè)計(jì)篩選先進(jìn)電催化劑將ORR選擇性引導(dǎo)至所需的2e−路徑，隨后將其集成至GDE用于體相電解已成為H2O2電合成領(lǐng)域一個(gè)突出的研究范式。然而始終令人困惑的是，電催化劑和組裝的GDE在體相電解過程中經(jīng)常表現(xiàn)出H2O2選擇性的巨大差異，這對電極材料的系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來了重大挑戰(zhàn)。該研究闡明了除電催化劑本征特性之外的關(guān)鍵物種(包括反應(yīng)物和產(chǎn)物)的傳質(zhì)行為在決定電極尺度H2O2選擇性方面的關(guān)鍵作用。這種規(guī)律在高反應(yīng)速率(電流密度)條件下由于傳輸限制的加劇將變的更加顯著。研究人員利用GDE的擴(kuò)散相關(guān)參數(shù)(即潤濕性和催化劑層厚度)作為探針因素，結(jié)合短期和長期電解以及原位電化學(xué)反射吸收成像和理論計(jì)算，系統(tǒng)研究了傳質(zhì)與傳質(zhì)行為控制的局部微環(huán)境對O2和H2O2輸運(yùn)的影響。相應(yīng)地揭示了電極尺度上擴(kuò)散控制的轉(zhuǎn)化選擇性的機(jī)制起源。該研究強(qiáng)調(diào)了對主流疏水GDE進(jìn)行能夠同步優(yōu)化反應(yīng)物和產(chǎn)物的傳質(zhì)行為的架構(gòu)創(chuàng)新的必要性，為面向電合成的下一代GDE的研發(fā)指引了方向。
圖2：圖文摘要
作者介紹
第一作者
崔樂樂，清華大學(xué)，深圳國際研究生院，博士后(已出站)，衢州膜材料創(chuàng)新研究院膜過程裝備研究所副所長，極清科技(衢州)有限公司副總經(jīng)理。研究方向?yàn)槊嫦螂娀瘜W(xué)物質(zhì)轉(zhuǎn)化技術(shù)的電極材料設(shè)計(jì)、電化學(xué)膜反應(yīng)器件組裝及其在化工、環(huán)境領(lǐng)域中的應(yīng)用。以第一/共一作者在Nature Communications、Energy & Environmental Science、ACS Catalysis和Water Research等國際TOP期刊上發(fā)表SCI論文十余篇，主持/參與國家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目、江蘇雙良環(huán)境企業(yè)項(xiàng)目等三項(xiàng)，授權(quán)國內(nèi)發(fā)明專利兩項(xiàng)。
陳斌，江蘇雙良環(huán)境科技有限公司研發(fā)工程師，南京工業(yè)大學(xué)/蘇州實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合培養(yǎng)博士生，衢州膜材料創(chuàng)新研究院膜過程裝備研究所骨干，極清科技(衢州)有限公司總經(jīng)理。研究方向?yàn)檫^氧化氫電合成技術(shù)產(chǎn)業(yè)化、水環(huán)境治理與修復(fù)、水生態(tài)修復(fù)等。以第一/合作作者在Nature Communications、Energy & Environmental Science等期刊發(fā)表SCI論文十余篇，授權(quán)國內(nèi)發(fā)明專利八項(xiàng)。主持/參與“南孔精英”、江蘇省雙碳重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題等科研項(xiàng)目等共五項(xiàng)。
通訊作者
景文珩，南京工業(yè)大學(xué)，化工學(xué)院，教授，博士生導(dǎo)師，江蘇雙良環(huán)境科技有限公司科技副總經(jīng)理，特種分離膜國家產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟秘書長，極清科技(衢州)有限公司董事長，衢州膜材料創(chuàng)新研究院膜過程與裝備所所長。景文珩教授團(tuán)隊(duì)始終聚焦膜材料與過程強(qiáng)化研究，主持承擔(dān)國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題、江蘇省雙碳重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題等10多項(xiàng)國家、省部級項(xiàng)目;參編陶瓷膜裝備(GB/T 37795-2019)國家標(biāo)準(zhǔn)1件;發(fā)表SCI期刊論文90余篇;申請發(fā)明專利26件，授權(quán)19件;獲得包括國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)在內(nèi)的省部級以上獎(jiǎng)項(xiàng)8項(xiàng)。近5年，發(fā)表SCI論文40余篇，一區(qū)文章20篇;授權(quán)中國發(fā)明專利9件，國際專利1件。獲得教育部技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)(2022年)，中國膜工業(yè)協(xié)會(huì)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)(2024年)和中國膜工業(yè)協(xié)會(huì)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)(2020年)。
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