东华大学俞建勇院士及丁彬研究员团队在纳米纤维异质结的界面设计及高效电催化室温固氮领域的最新研究成果

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近日，东华大学纺织科技创新中心俞建勇院士及丁彬研究员带领的纳米纤维研究团队在纳米纤维异质结的界面设计及高效电催化室温固氮领域的研究取得重要进展，相关成果以“碳纳米镀CoS@TiO₂纳米纤维膜：界面工程化异质结实现高效电催化固氮”（Carbon-Nanoplated CoS@TiO₂ Nanofibrous Membrane: An Interface-Engineered Heterojunction for High-Efficiency Electrocatalytic Nitrogen Reduction, DOI: 10.1002/anie.201908415）为题，发表在化学领域的著名期刊《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）上。该论文第一作者为纺织科技创新中心刘一涛研究员，通讯作者为丁彬研究员。

合成氨工业关系到人类“衣食住行”的方方面面——它奠定了现代化肥、医药、橡胶、树脂、染料等化工产业的基础，因此在国民经济中占有重要的地位。当前，合成氨工业依赖高温高压（350-550°C,150-350atm）进行反应，其能耗占世界年均能源总消耗的1-2%，二氧化碳的排放占世界年均温室气体总排放的1.5%，能耗高、污染大。从环境和经济的角度来说，探索绿色、安全、能耗低的电催化室温固氮新途径既是巨大的挑战，也是难得的机遇。然而现有电催化剂的界面载流子迁移率低，因此催化活性差、法拉第效率低，为电催化室温固氮的实际应用设置了障碍。

面向这一挑战，研究团队通过界面工程策略构筑了一种新型的碳纳米镀CoS@TiO₂纳米纤维异质结。通过配位驱动的外延生长，CoS纳米片与TiO₂纳米纤维在界面处发生紧密耦合，有利于两者间载流子的快速传输，从而显著提升界面反应动力学。与惰性基体如石墨烯不同，TiO₂纳米纤维作为一种活性基体可以参与到电催化反应中形成协同效应。通过碳纳米镀进一步提升CoS@TiO₂纳米纤维异质结的电导率及结构稳定性，从而构筑出高效的自支撑电催化剂。所制备的碳纳米镀CoS@TiO₂纳米纤维异质结具有优异的氨产率（8.09×10^–10mol s^–1cm^–2）和法拉第效率（28.6%），为开发高效的室温固氮催化剂提供了新思路。

研究成果得到了国家自然科学基金、上海市自然科学基金、纺织面料教育部重点实验室基地建设项目的大力资助。

论文链接：

https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/anie.201912733

来源：东华大学

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