设计环境友好、成本低廉、高效的非贵金属基电催化剂对于绿色能源的可持续发展至关重要。非贵金属基催化剂具有易于调控的电子结构、丰富的氧化还原性和丰富的储量等优势，被广泛应用于电解水和二次电池等能源领域。然而，电催化材料制备过程繁琐、电子结构的精准调控以及活性中心的稳定性有待提高。我校化科院徐林副教授、唐亚文教授团队在非贵金属基电催化材料方面进行深入研究，并取得了一系列重要的研究进展。

       成果(1):利用静电纺丝-硬模板的策略，通过在热解制备过程中原位生成的SiO2作为可移除的硬模板和致孔剂，利用SiO2的“栅栏”和空间限域效应，制备得到锚定于多孔道碳纳米纤维上的钼单原子电催化剂。相关成果以“Atomically Dispersed Mo Sites Anchored on Multichannel Carbon Nanofibers toward Superior Electrocatalytic Hydrogen Evolution”为题发表在美国化学会(ACS)的旗舰期刊、国际材料科学顶级期刊ACS Nano（IF=15.881）上。徐林副教授、唐亚文教授与中科院宁波材料所田子奇研究员和新加坡国立大学薛军民副教授等人为共同通讯作者，博士生李同飞是第一作者，南京师范大学是第一通讯单位。
成果(2):通过静电纺丝-热解的策略，将Ni/CeO2杂化纳米粒子固定在氮掺杂的碳纳米纤维上，可作为一种典型的Mott–Schottky电催化剂。相关成果以“Manipulation of Mott−Schottky Ni/CeO2Heterojunctions into N-Doped Carbon Nanofibers for High-Efficiency Electrochemical Water Splitting”为题发表在国际权威期刊Small（IF=13.281）上。徐林副教授、唐亚文教授与东南大学张一卫教授和新加坡国立大学薛军民副教授等人为共同通讯作者；博士生李同飞是该第一作者，南京师范大学是第一通讯单位。
         成果(3)：利用静电纺丝-热解方法在N, S共掺杂碳纳米管/纳米纤维组装的分级枝状超级结构上原位锚定Co/MnO异质纳米粒子，并研究其氧还原催化活性。相关研究成果以“Interfacial engineering Co and MnO within N, S co-doped carbon hierarchical branched superstructures toward high-efficiency electrocatalytic oxygen reduction for robust Zn-air batteries”为题发表于国际顶级期刊Applied Catalysis B: Environmental(影响因子:19.503)上。徐林副教授、唐亚文教授和东南大学黄凯教授为共同通讯作者；博士生周其兴是第一作者，南京师范大学为第一通讯单位，
          成果(3):利用静电纺丝-热解-硫化策略，制备了包覆在氮掺杂碳纳米管接枝碳纳米纤维的一维多级结构中的NiS/NiO异质结材料。相关成果以“Interfacial engineering-induced electronic regulation drastically enhances the electrocatalytic oxygen evolution: Immobilization of Janus-structured NiS/NiO nanoparticles onto carbon nanotubes/nanofiber-integrated superstructures”为题发表在国际化工领域顶级期刊Chemical Engineering Journal（影响因子：13.273）上。徐林副教授、唐亚文教授与东南大学张一卫教授和中科院过程工程研究所杨军教授等人为共同通讯作者，博士生李同飞是第一作者，南京师范大学是第一通讯单位。
       成果(5)：我们开发了一种水凝胶-热解策略，用于构建“瓶中船”结构的双功能氧电催化剂，并用做锌空电池空气阴极催化剂。相关研究成果以“A “Ship-in-a-Bottle” strategy to anchor CoFe nanoparticles inside carbon nanowall-assembled frameworks for high-efficiency bifunctional oxygen electrocatalysis”为题发表于国际化工领域顶级期刊Chemical Engineering Journal(影响因子:13.273)上。徐林副教授、唐亚文教授和东南大学黄凯教授为共同通讯作者。博士研究生周其兴是第一作者，南京师范大学为第一通讯单位。


         相关论文链接：
         https://doi.org/10.1021/acsnano.1c07694
         https://doi.org/10.1002/smll.202106592
         https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2021.120281
         https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.131094
         https://doi.org/10.1016/j.cej.2020.127895

化科院唐亚文、徐林团队在非贵金属催化剂研究取得系列成果，相关成果分别发表在Advanced Science(2019, 1902371；IF=15.804)、Advanced Functional Materials(2019, 1905252；IF=15.621)、Small（2019, 1901518；IF=10.856）上，并受到“能源学人”、“研之成理”、 “催化计”等公众号的报道。
       化科院唐亚文、徐林团队和东南大学张一卫课题组合作，应用简易通用的静电纺丝技术，将廉价的Ni3Co合金纳米粒子固定在氮掺杂的碳纳米管-碳纳米纤维的一维异质结构中。高密度、小尺寸及有效锚定的Ni3Co粒子可作为催化活性中心；具有高比表面积和丰富活性位点的异质结结构碳载体，可有效的促进电荷快速传输。在10 mA cm-2的电流密度下，其水分解电压仅为1.57 V;运行27 h后,该材料仍保持着优异的结构稳定性。相关成果发表在Adv. Sci.2019, 1902371。第一作者为化科院2018届硕士生李同飞，现在东南大学攻读博士学位（与南师大联合培养）。文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.201902371。
      唐亚文、徐林团队还与宁波材料所田子奇研究员合作，通过原位拓扑转换法制备O原子调控的CoP纳米片催化剂。通过精确调控O掺杂含量，优化CoP材料导电性、电化学活性面积以及电子结构。在10 mA cm-2电流密度时，催化剂在析氢、析氧和全解水反应中极化过电位分别为0.096、0.31和0.37 V。此研究结果对于今后探索杂原子掺杂及非贵金属电催化剂的在全解水研究领域具有重要的启示意义。相关成果发表在Adv. Funct. Mater.，2019, 1905252。第一作者为化科院2018级博士生周光耀。文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.201905252。
      另外一方面，锌空气电池具有能量密度高、水系电解液安全可靠以及绿色无污染等特点，是理想的电动汽车动力电池体系。寻找高效、成本低的空气阴极电催化剂是提高锌空气电池效率的关键。唐亚文团队利用氯化钠模版法制备了Mott–Schottky结构的Co/CoxMy(M = P, N)催化剂。在10 mA cm-2电流密度下，OER极化过电位为0.33 mV，塔菲尔斜率为79.2 mV dec−1；与Pt/C催化剂组装成电池后，经过500次循环充放电，电压效率仅仅衰减5.4%，明显优于商业化RuO2+Pt/C催化剂。相关工作发表在Small，2019, 1905252。第一作者为南师大化科院2017级硕士生陈江越。文章链接：https://doi.org/10.1002/smll.201901518.
       该系列研究工作得到了江苏省新型动力电池重点实验室、江苏省生物医药功能材料协同创新中心、生物医药功能材料国家地方联合工程中心、国家自然科学基金、江苏省优势学科建设项目等资金的支持。

2018自然科学基金面上项目-氰胶法制备锚定型多孔碳基过渡金属双功能空气电极及其性能研究
批准号        21875112        学科分类        ( B050803 )
负责人        唐亚文        职称                单位名称        南京师范大学
资助金额        65万元        项目类别        面上项目        起止年月        2019年01月01日 至 2022年12月31日