Controlled Synthesis of Transition Metal Oxide Mesocrystals on Graphene Oxide and the Application in Electrocatalysis

氧化石墨烯上过渡金属氧化物介晶的可控合成及其在电催化中的应用

基本信息

项目摘要

The oxygen reduction reaction (ORR), the cathodic branch of oxygen electrode reactions with sluggish kinetics, is considered as one of the limiting factors for the application of electrochemical energy conversion and storage such as metal-air batteries and fuel cells. The scarcity and high cost of Pt are impeding their mass commercialization, and searching for efficient and cheap non-precious-metal catalysts is preferable. Transition metal oxide/carbon composites exhibit intrinsic activity for ORR. Even so, compared with Pt, these reported materials show dwarfed activity and durability. Mesocrystals, constructed by crystallographically oriented nanocrystals, can be regarded as a new class of superstructured materials with an available ordered superstructure, which was first proposed by Prof. Helmut Cölfen (German applicant). Due to the advantages of mesocrystals with high porosity and exposition of high energy crystal faces, they have attracted a great deal of research interest in energy-related applications. The Chinese applicant (Associated Prof. Minghua Huang) is leading a research group to fabricate transition metal oxide-based catalysts and to study their electrocatalytic activity for ORR. Her team has developed a series of hollow carbon sphere/metal oxide nanomaterials with high activity and good stability. The German applicant (Prof. Helmut Cölfen) and his group have a long and distinguished background on the inorganic and organic components in bio- and bioinspired mineralization as well as on investigating growth mechanisms and structure characterization of various mesocrystals. In 2007-2008, the Chinese applicant was a Humboldt Fellow in the group of Prof. Helmut Cölfen. The bioinspired mineralization principle of polymer-coded nanoparticle organization has been transferred to induce the self-assembly of an aromatic molecule. In this project, they will focus on the controlled growth of transition metal oxide mesocrystals on graphene oxide sheets and investigation of the ORR catalytic activity of the final metal oxide mesocrystal-graphene catalysts, especially on clarifying the growth mechanism and providing thorough investigation of the relationship between the catalyst structures and the activities.
氧还原反应(ORR)是氧电极反应的阴极分支,其动力学缓慢,被认为是金属-空气电池和燃料电池等电化学能量转换和存储应用的限制因素之一。 Pt 的成本阻碍了它们的大规模商业化,并且优选寻找具有 ORR 固有活性的高效且廉价的非贵金属催化剂。这些报道的材料显示出矮化的活性和耐久性,由晶体学取向的纳米晶体构成,可以被视为具有可用有序超结构的新型超结构材料,这是由 Helmut Cölfen 教授(德国申请人)首次提出的。介晶具有高孔隙率和高能晶面的优点,引起了中国在能源相关应用领域的广泛研究兴趣。申请人(黄明华副教授)带领研究小组制备过渡金属氧化物基催化剂并研究其ORR电催化活性,她的团队开发了一系列具有高活性和良好稳定性的空心碳球/金属氧化物纳米材料。德国申请人(Helmut Cölfen 教授)和他的团队在生物和仿生矿化中的无机和有机成分以及研究生长机制和结构特征方面拥有悠久而杰出的背景。 2007年至2008年,中国申请人是Helmut Cölfen教授课题组的洪堡研究员,其聚合物编码纳米颗粒组织的仿生矿化原理已被转移到诱导芳香族分子的自组装。在这个项目中,他们将重点关注氧化石墨烯片上过渡金属氧化物介晶的受控生长以及ORR催化的研究最终金属氧化物介晶石墨烯催化剂的活性,特别是阐明生长机制并深入研究催化剂结构与活性之间的关系。

项目成果

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Synthesis of hierarchical transition metal oxyhydroxides in aqueous solution at ambient temperature and their application as OER electrocatalysts
  • DOI:
    10.1016/j.jechem.2022.02.042
  • 发表时间:
    2022-08-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    13.1
  • 作者:
    Chen, Zongkun;Wang, Xingkun;Coelfen, Helmut
  • 通讯作者:
    Coelfen, Helmut
Synthesis of ultrathin metal oxide and hydroxide nanosheets using formamide in water at room temperature
  • DOI:
    10.1039/d1ce00277e
  • 发表时间:
    2021-05-07
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.1
  • 作者:
    Chen, Zongkun;Huang, Minghua;Coelfen, Helmut
  • 通讯作者:
    Coelfen, Helmut
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