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近日，湖南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院、化學(xué)生物傳感與計(jì)量學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、先進(jìn)催化教育部工程研究中心費(fèi)慧龍教授團(tuán)隊(duì)在石墨烯負(fù)載單原子電催化劑研究領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。制備的含有金屬單原子位點(diǎn)的定向多孔石墨烯薄膜因具有高活性物質(zhì)負(fù)載量、高本征活性、高荷質(zhì)輸運(yùn)的特點(diǎn)，在高電流密度產(chǎn)氫過程中展現(xiàn)出優(yōu)異的性能。相關(guān)研究成果“Design of Aligned Porous Carbon Films with Single-Atom Co–N–C Sites for High-Current-Density Hydrogen Generation”在Advanced Materials上發(fā)表。

湖南大學(xué)費(fèi)慧龍課題組報(bào)道了一種嵌有單原子位點(diǎn)的定向多孔碳膜電極用于高電流密度產(chǎn)氫。在該膜電極中，單原子位點(diǎn)表現(xiàn)出較高的本征活性；整體式膜電極負(fù)載量高，提供豐富的活性位點(diǎn)；垂直排列微通道的碳骨架具有多尺度的孔結(jié)構(gòu)，在高產(chǎn)率和超厚電極條件下仍保持高效的傳質(zhì)效率；此外，膜的超潤濕性能促進(jìn)電解液的潤濕，同時(shí)保證產(chǎn)生的氫氣氣泡及時(shí)脫除。

形貌和多孔結(jié)構(gòu)表征圖。

電催化產(chǎn)氫性能圖。

設(shè)計(jì)的含有單原子活性位點(diǎn)的定向多孔碳膜電極，具有高本征活性、豐富的活性位點(diǎn)以及高效的荷質(zhì)輸運(yùn)能力，作為電催化產(chǎn)氫電極在高電流密度下具有優(yōu)異的活性和穩(wěn)定性。工作提出的該合成方法和設(shè)計(jì)理念可以促進(jìn)多孔膜基單原子催化劑在多種重要的涉氣電催化過程中的探索，并向單原子催化劑的實(shí)際應(yīng)用邁出了重要一步。

化學(xué)化工學(xué)院費(fèi)慧龍教授、葉龔蘭副教授，中科院高能物理所董俊才副研究員為該研究論文的共同通訊作者，項(xiàng)目合作單位還包括北京航空航天大學(xué)化學(xué)學(xué)院。論文的第一作者是湖南大學(xué)碩士研究生劉瑞和龔智超。本研究得到了國家自然科學(xué)基金、湖南省自然科學(xué)基金和湖湘高層次人才聚集工程項(xiàng)目的支持。

論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202103533

參考資料：http://cc.hnu.edu.cn/info/1058/9968.htm