四、Angew． Chem． Int． Ed． ： 太阳能驱动电化学协同转化CO2和H2S

近日，中国科学院大连化物所李灿院士、宗旭研究员（共同通讯作者）和博士后马伟光博士等提出并实现了一种利用太阳能将H2S和CO2协同转化为高附加值化学品的电化学策略。该策略以石墨烯包裹的氧化锌作为CO2还原催化剂、以石墨烯为媒介体EDTA－Fe2＋（用于捕获H2S）的氧化催化剂，利用化学环反应将H2S分解为单质S和质子，质子被用于CO2电化学还原生成CO的反应，最后的净结果是实现了计量化学反应协同转化（H2S＋CO2 → CO ＋ S＋ H2O）。该太阳能驱动的电催化反应可在近中性条件下进行，使用非贵金属廉价催化剂，持续、高效和选择性的将CO2和H2S分别转化为一氧化碳和单质硫。这一策略为天然气净化提供了一种兼具经济和环境效益的绿色途径。这个研究进展已经申请了专利并近期在以题为“Achieving Simultaneous CO2 and H2S Conversion via a Coupled Solar－Driven Electrochemical Approach on Non－Precious－Metal Catalysts”的研究论文在Angew． Chem． Int． Ed．上发表。

【图文简介】图1 CO2和H2S的光电化学转化过程

以廉价金属催化剂光电催化协同转化CO2和H2S的反应过程示意图。

图2 ZnO和ZnO＠G（石墨烯包覆的ZnO）催化剂的结构和形貌

a） ZnO和ZnO＠G的XRD谱图；

b） ZnO和ZnO＠G的Raman光谱；

c） ZnO＠G的TEM图像；

d，e） ZnO＠G的HRTEM图像。

图3 ZnO＠G选择性催化CO2转化为CO

a） 三种催化剂在CO2饱和的EMIM－BF4／H2O溶液中的LSV曲线；

b） 三种催化剂在不同电势下的FECO（CO法拉第效率）；

c） 三种催化剂在0．508－0．908 V过电势范围的TOFCO；

d） 三种催化剂在0．813 V和CO2饱和的EMIM－BF4／H2O溶液中还原CO2反应的稳定性。

图4 CO2和H2S的电化学协同转化过程

a） H型电解池中，FeCl3和EDTA－Fe3＋穿透Nafion膜随时间的变化；

b） GCS和G／GCS电极在三电极体系中氧化0．1M EDTA－Fe2＋的LSV曲线；

c） 两电极体系中，不同阳极反应对CO2还原的影响；

d） 两电极体系中，rZnO＠G修饰电极在CO2饱和的EMIM－BF4／H2O溶液中的反应稳定性。

图5 CO2和H2S的光电化学协同转化过程

a） 三结硅太阳能电池在暗态和模拟AM 1．5G 100 mW·cm－2照射下的J－V 曲线和两电极体系电催化反应的LSV的曲线，两条曲线的交点为反应工作点。

b） 在模拟太阳光照（AM 1．5 G）下，太阳能驱动电化学体系的计时电流斩光曲线。

五、Advanced Energy Materials：钠离子全电池

近日，东北师范大学化学学院的吴兴隆副教授研究小组，设计并成功实现了钠离子全电池（3DSG／／NVPOF）的优异低温性能，并表现出超长循环寿命。在开发的3DSG／／NVPOF钠离子全电池中，正极为该课题组近期报道的高电压、长寿命的Na3V2（PO4）2O2F （NVPOF， Adv． Mater． 2017，29 （33）， 1701968） 材料，负极则为新制备的三维自支撑硒／石墨烯（3DSG）纳米复合材料。电化学测试结果表明，该3DSG／／NVPOF可实现较高的储能密度（约313 Wh／kg，根据正／负极活性材料的总质量进行计算而得），以及优异低温、超长循环寿命（15000圈循环后容量保持率为86．3 ％）和优异倍率性能。此外，作者还研究了3DSG／／NVPOF全电池中3DSG负极的Na＋脱嵌过程动力学和赝电容贡献等特性。该论文发表于近期国际著名材料类期刊Advanced Energy Materials上（影响因子：16．721）。

图1是为装配钠离子全电池而开发的3DSG纳米复合负极材料的半电池储钠性能研究结果。由还原的氧化石墨烯（rGO）构建的三维自支撑导电网络，不仅能够实现电子和钠离子的高效快速传输，而且其在连续钠化／脱钠过程中还可作为有效缓冲结构，缓解相应的体积变化，保持电极整体的结构稳定性。其用作SIBs负极材料时，表现出高的比容量和超高倍率性能。例如：在0．05 A／g的电流密度下，储钠比容量可达499 mA h／g；当电流密度增大20 A／g时，仍可保持202 mA h／g的容量值。同时，3DSG负极也表现出优异循环和低温性能，为开发低温长寿命钠离子全电池奠定了基础。

图1．3DSG纳米复合材料用作SIBs负极时的半电池电化学性能。（a）循环伏安曲线；（b）倍率性能对比；（c）不同电流密度下的充放电曲线；（d）容量保持率随电流密度和温度的变化情况；（e）在不同温度下功率和能量密度之间的关系曲线；（f）不同温度下电极的循环稳定性（电流密度为2A／g）。（g）3DSG电极中Na＋和e－的传输通路示意图。

基于上述3DSG负极的优异半电池性能，进一步与将其与NVPOF匹配，装配了3DSG／／NVPOF钠离子全电池，其工作原理示意图如图2a所示。图2b和2c分别给出了所得钠离子全电池在不同电流密度下的充放电曲线和比容量（比容量值是根据正极活性材料的质量进行计算而得）变化情况。可见，在0．02 A／g这样的低电流密度下，3DSG／／NVPOF可存储的比容量为128．1 mAh／g；当电流密度逐渐增加到2 A／g或4 A／g，其比容量仍可达83．1或72．7 mA h／g。以电流密度为2 A／g进行举例计算，与0．02 A／g相比，尽管电流密度增加了100倍，其容量损失率仅为35．1 ％。表明装配的3DSG／／NVPOF全电池具有优异的倍率性能。如图2d所示，据此计算的电极材料质量基能量密度和功率密度，均高于目前报道的大多数钠离子全电池。此外，3DSG／／NVPOF全电池还表现出超长的循环稳定。例如，在室温和1 A／g的电流密度下循环15000次后，其容量保持率仍高达86．3％。

图2．3DSG／／NVPOF钠离子全电池在室温条件下的储能性能：（a）工作原理示意图；不同电流密度下的（b）充放电曲线和（c）倍率性能；图c中的插图：单片软包电池可点亮47个绿色LED灯泡组成的显示屏；（d）功率密度和能量密度之间的相关性，及其与文献已报道工作的对比结果；以及（e）循环性能。

图3．3DSG／／NVPOF钠离子全电池的低温储能性能：（a）容量保持率随电流密度和温度的变化情况；不同温度下（b）功率密度和能量密度之间的关系以及（c）循环稳定性能

六、Adv． Mater． 石墨烯碳基材料电催化析氢

近日，中国科学院强磁场科学中心双聘研究员，中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心、化学与材料科学学院教授陈乾旺课题组以贵金属铱掺杂的金属有机框架材料作为前驱体，一步煅烧制备了氮掺杂的类石墨烯层包裹铱钴合金核壳结构材料，在酸性电解质析氢反应中表现出高活性和高稳定性。相关研究成果发表在《先进材料》上，博士研究生江鹏、陈继堂、王长来为论文共同第一作者。

声明：

1． 本文版权归原作者所有，公众号和媒体转载请与我们联系！

2． 因学识有限，难免有所疏漏和谬误，恳请批评指正！

3． 本文主要参考以上或以下所列文献，图文和视频仅用于对相关科学作品的介绍、评论以及课堂教学或科学研究，不得作为商业用途。如有任何版权问题，请随时与我们联系！