在电催化分解水研究领域取得重大突破 华理教师以第一作者身份在Science上发表论文 研究成果被认为开辟了一条推动能源转换与存储领域快速发展的新通道
近日，我校理学院物理系青年教师张波，在加拿大多伦多大学Edward Sargent教授研究组做博士后研究期间，在电催化分解水研究领域取得重大突破，相关研究成果“Homogeneously dispersed, multimetal oxygen-evolving catalysts”（张波为第一作者）以Report形式在国际顶尖期刊Science上发表。
该工作获得领域内专家高度评价。加州大学伯克利分校化学系的表面催化专家Gabor A. Somorjai教授、耶鲁大学能源研究中心主任Gary Brudvig教授、MIT环境与能源领域专家JeffreyC.Grossman教授认为，该工作所发展的材料制备技术解决了多元金属氧化物相分离的技术难题，开辟了一条推动能源转换与存储领域快速发展的新通道。Phys.org、Newswise、NanotechWeb、The Globe and Mail及多伦多大学新闻网等媒体报道了该研究成果。
电解水技术被认为是存储太阳能发电和风力发电等间歇式电能的关键技术，包括阴极析氢（Hydrogen evolution，HER）和阳极产氧（Oxygen evolution，OER）两个半反应。其中产氧反应由于存在多种高能量的中间态，在无外加能量或无外加明显过电位的情况下，这一复杂的多步多电子反应将很难发生，因此，即使采用高活性的贵金属催化剂，仍需很高的电压驱动电解水反应，且能源转换效率偏低。
以多金属协同催化机制为导向，该工作的研究人员发展了一种室温下溶胶-凝胶合成方法，得益于溶胶状态下各金属原子的均相混合和无后续加热处理的保护，突破了由于不同金属氧化物晶格不匹配而导致相分离的障碍，最终使催化剂材料保持了Fe、Co和W多金属氧化物/氢氧化物的原子尺度上的均相分散性，极大地提升了不同金属原子间的相互作用，最终实现了三大突破：产氧电催化剂性能的大幅提升，本征质量比活性和TOFs(turnover frequency)为目前已报道最优催化剂材料的三倍有余，电能向化学能的转化效率由70%提高到80%以上。
据悉，该工作是由多伦多大学、华东理工大学、斯坦福大学、中科院高能物理研究所北京同步辐射中心、加拿大光源、美国布鲁克海文国家实验室等单位研究者合力完成，并得到了中国国家自然科学基金、留学基金委、上海自然科学基金、NSERC、美国能源部等资金支持。
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全文链接： http://science.sciencemag.org/content/early/2016/03/23/science.aaf1525