北京航空航天大学化学学院于存明

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日前，化学学院2019级本科生张金科在江雷院士和于存明副教授的指导下，以第一作者身份在国际著名学术期刊ACS Applied Materials & Interfaces (IF 8.758)上发表学术论文：Integrated Bundle Electrode with Wettability-Gradient Copper Cones Inducing Continuous Generation, Directional Transport and Efficient Collection of H2Bubbles，即浸润性锥簇电极用于氢气的连续生产、定向输运、以及有效收集研究。

       随着传统化石燃料的耗竭，氢气作为清洁和可再生的能源载体，被认为在未来的生活和工业过程中起着至关重要的作用。电催化析氢反应（HER）作为将电能转化为氢能的有效方法，备受关注。然而，电极效率除了受催化剂性能限制外，还受到生成气泡的影响（Bubble effect），导致高的反应超电势和大的欧姆电势降。气泡主要通过两方面影响电极的效率：1）黏附在电极表面，降低电极反应的有效面积；2）分散到溶液中，阻碍电解液与电极的有效接触。因此，如何将气泡从电极表面快速导走，同时又避免其释放到溶液中，是目前亟待解决的问题。
       自然界中的仙人掌刺以及蜘蛛丝，可以利用其锥形结构实现液滴的定向输运。受此启发，制备了浸润性梯度锥簇电极，电极的尖端可以产生氢气泡；在锥形结构和浸润性梯度的共同作用下，生成气泡能够在电极表面及相邻电极之间进行定向运输；锥簇电极的根部存在气囊，可以抑制电解液泄漏，选择性地吸收氢气泡。该策略既可以将生成的气泡驱离电极表面，同时又避免其进入电解质中，实现了氢气生产-输运-收集的一体化。
该工作得到了化学学院、北航校团委、以及北航实验室建设与管理处的大力支持。化学学院2019级本科生董富垚以及机械学院2018级本科生王楚芊，在课题设计、实验操作、以及论文发表过程中同样做了大量工作。
       文章链接为：https://doi.org/10.1021/acsami.1c04993.