長春應化所葛君杰教授作客第623期化苑講壇

報告題目：PEM氫電轉(zhuǎn)換高效催化新體系

報告人：葛君杰 教授

報告時間：2023年4月8日上午10:00

報告地點：化學樓1號會議室

報告人簡介：葛君杰，教授，博士生導師，教育部青年長江學者，英國皇家化學會會士，中國科學院高層次人才計劃研究員。研究興趣為氫能源與燃料電池，主持國家重點研發(fā)計劃青年項目、國家自然科學基金重點項目等。近年成果發(fā)表在PNAS，J. Am. Chem. Soc., Joule, Nature Commun.，Angew. Chem. Int. Ed.，Energy. Environ. Sci.等。獲省部級獎勵兩次，20多次受邀參加國內(nèi)外學術(shù)會議做邀請報告或擔任分會主席等，擔任《應用化學》、《Frontiers in Chemistry》編委，《Nano Research》、《Chinese Chemical Letters》、《Chemcial Synthesis》青年編委，任“International Academy of Electrochemical Energy Science”理事、IEEE電力與能源協(xié)會中國區(qū)儲能技術(shù)委員會常務理事等。近年來聚焦氫能與燃料電池低\非貴金屬催化劑、關(guān)鍵部件、膜電極、電堆研究，在大幅度降低貴金屬用量的前提下，提升了燃料電池與電解水性能，其中燃料電池在低貴金屬載量下，氫空性能達1.5W/cm2;電解水低貴金屬條件下性能達3A/cm2 @1.84V,均處于國際一流水平。

報告摘要：

PEM制氫水氧化過程具有高電壓、腐蝕性強、動力學緩慢的特性，需使用大量貴金屬來保障電解水性能。析氧催化研究中長期存在活性與穩(wěn)定性間此消彼長的矛盾關(guān)系。我們聚焦此問題進行研究，以M-O鍵調(diào)控為主線，創(chuàng)制了高穩(wěn)定局域M-O共價性調(diào)控新策略，首次提出通過單位點Ir-O鍵共價性調(diào)控觸發(fā)晶格氧選擇性活化，基于晶格限域效應形成的特征Mn-O-Ir-O-Mn結(jié)構(gòu)基元中，O在Ir近端為共價鍵活化狀態(tài)（Ir-O鍵長壓縮5%）、遠端則保持穩(wěn)定的離子鍵，實現(xiàn)了晶格氧的選擇性活化；發(fā)現(xiàn)了金屬電荷可作為M-O鍵描述符定制析氧反應路徑，其中，高M電荷會觸發(fā)LOM機制，而M電荷適中時，催化劑中晶格氧物種能帶降低并遠離費米能級，使反應以AEM機理發(fā)生，并可通過調(diào)控Ru電荷精準調(diào)控O吸附性質(zhì)，獲得優(yōu)異的催化性能；首次揭示了可變價氧化物基底調(diào)控Ir氧配位動態(tài)飽和度新機制，基于這種動態(tài)界面效應對Ir催化的原位調(diào)制，Ir/Nb2O5-x在PEM電解池電流達3A cm-2時的槽壓僅為1.84 V（遠超DOE指標）,電解池2000 h測試后槽壓無衰減，且能連續(xù)響應波動性電壓輸入。