优博微展2022｜庄泽文：纳米电催化剂的调控合成及其电解水/氧还原性能研究

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纳米电催化剂的调控合成及其电解水/氧还原性能研究

Controlled synthesis and performance of nano-electrocatalysts for water splitting/ oxygen reduction reaction

作    者：庄泽文          

指导教师：彭卿

培养院系：化学系             

学    科：化学

研究背景/选题意义/研究价值

涉及氢、氧的电化学能量转化反应是未来清洁能源图景的核心：由析氢反应（HER）和析氧反应（OER）组成的电催化水分解反应，可以将电能转化为化学能，作为一种可持续绿氢的来源；氢气作为一种高效的能量载体，可应用于燃料电池中生产清洁电力；过氧化氢（H2O2）是一种绿色的氧化剂，在水处理等行业中必不可少，也可来自氧还原反应（ORR）。高性能的电催化剂是实现上述清洁能源技术大规模应用的关键。

主要研究内容

本论文主要以纳米电催化剂为研究对象，从提升纳米电催化剂的活性位点数目和位点本征活性两条性能调控策略为切入点，针对电解水和氧还原两个重要的能源电化学反应，设计具有高活性位点暴露率和新型活性位点的结构，通过可控的合成手段，实现目标催化剂活性位点的精准构筑以及催化性能的提升。

主要创新点

1、设计合成了一种高度开放的三维RuIrOx纳米网笼结构，大幅提升了贵金属原子暴露率，表现出优秀的HER和OER性能，最终实现了全pH值下的高效全解水。

2、发现了新型p区金属Bi基氧还原催化剂，并实现了氧还原催化选择性的调节。其中，碳包覆的Bi纳米颗粒具有高效、稳定的2电子氧还原，而单原子Bi-NC材料表现出优秀的4电子活性。

3、发展了一种金属-有机配合物低温转化策略，制备了N、O共配位的Co单原子碳点催化剂，实现了酸性条件下高选择性的H2O2电合成。

代表性创新成果

1. Zhuang Z, Wang Y, Xu C-Q, et al. Nat. Commun., 2019, 10(1): 4875. 

2. Zhuang Z, Wang Y, Chen Z, et al. Mater. Chem. Front., 2020, 4(4): 1158-1163.

3. Hu B, Sun K, Zhuang Z, et al. Adv. Mater., 2022: e2107721. 

何为优博微展？

优博微展是清华大学应届优秀博士毕业生论文精华的呈现，由清华大学研究生院联合各院系收集并发布，旨在对我校博士研究生的阶段性学术成果和在校时期科研成绩进行简要、集中展示。

作者、图片：庄泽文

组稿、校阅：楚若冰

统筹：研究生院培养办

编辑与设计：研究生院综合办