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西安建大云斯宁教授团队在Chem Eng J发表研究成果
近日，西安建大材料学院云斯宁教授团队在无机非金属新能源材料高效利用方面取得重要进展，相关研究成果以题为“1D/3D rambutan-like Mott–Schottky porous carbon polyhedrons for efficient tri-iodide reduction and hydrogen evolution reaction （1D/3D类红毛丹状Mott-Schottky多孔碳用于增强太阳能电池IRR和电解水析氢HER性能）”发表在国际化学工程领域权威英文期刊《Chemical Engineering Journal》上。
西安建筑科技大学为该论文完成单位，西安建筑科技大学材料学院硕士研究生孙梦龙为论文第一作者，西安建筑科技大学云斯宁教授为论文通讯作者。该研究工作受到国家自然科学基金、陕西省重点研发计划国际合作项目、陕西省重点科技创新团队资金的资助。
研究表明，通过对碳材料引入金属纳米粒子（如Fe， Co， Ni）和非金属N构建莫特-肖特基（Mott-Schottky）异质结（Mott-Schottky heterojunction），可以建立有效的电子传输途径；另外，构筑具有分级多孔结构的1D碳纳米管、2D碳纳米片以及3D碳多面体可为电荷转移提供高效的传输路径。目前，大多数工作已证实：多维Mott-Schottky型碳基催化剂对电化学反应（如氧还原反应（ORR）和析氧反应（OER））均具有良好的催化性能。然而，如何进一步设计和优化多维Mott-Schottky异质结型碳基催化剂的结构，提升电子和反应物质传输性能，增强这种Mott-Schottky型碳基碳材料在碘还原反应（Iodide reduction reaction, IRR）和析氢反应（Hydrogen evolution reaction, HER）中的应用仍是一个挑战。
研究团队提出了一种便捷的“金属吸附-烧结”策略，用ZnCo-BZIF前驱体制备了具有Co|NC异质结的多面体（Co-NCP/CNT），进一步以乙酰丙酮镍为金属离子前驱体并结合吸附-烧结策略，在Co-NCP/CNT中引入Ni形成NiCo合金，在3D多面体表面生长1D碳纳米管CNT，构筑了1D/3D类红毛丹状碳多面体（NiCo-NCP/CNT）。通过Mott-Schottky异质结诱导NiCo|NC界面电子重分布，从而达到优化催化位点的活性和反应环境并促进电子转移。这种采用金属吸附-烧结策略构筑的1D/3D类红毛丹状碳多面体（NiCo-NCP/CNT）拥有良好的电催化性能及电化学稳定性。在NiCo-NCP/CNT作为IRR催化剂时，太阳能电池获得了8.75%光伏效率；作为HER工作电极时，在电流密度为10mA cm-2时，其过电势为63mV，Tafel斜率为54 mV dec-1。
这项工作通过构筑NiCo|NC Mott-Schottky异质结，有效的调控电子传输行为并优化了催化剂的电子结构和活性位点，提升了IRR和HER催化活性。这项工作不仅为碳基催化剂的结构设计提供了一项策略，而且为Mott-Schottky异质结的界面优化提供了研究思路。
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