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[材料资讯] 吴艳、朱斌、宋怀兵Science:电场诱导异质界面金属态构建超质子传输

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发表于 2020-7-13 10:42:10 | 显示全部楼层 |阅读模式
7月10日,世界著名期刊《科学》(Science),刊发学术论文《电场诱导异质界面金属态构建超质子传输》。我校材料与化学学院吴艳副教授为第一作者,朱斌教授和宋怀兵副研究员为共同通讯作者。这是我国科技工作者在能源领域取得的又一重要原创性研究成果。
       燃料电池是继水力发电、热能发电和原子能发电的第四种发电技术。其洁净、高效、无污染特点越来越引起关注。燃料电池技术成为国家能源发展战略的一个重点领域,高离子电导率的电解质开发,是解决目前燃料电池应用的关键。
       长期以来,提高电解质离子电导率的方法,是通过低价阳离子取代高价阳离子,如掺杂三价铱离子取代结构的四价锆离子,从而产生氧空位,进而提高了氧离子电导率。但是结构掺杂的方法,并没有有效解决燃料电池电解质面临的百年挑战,很大程度上阻碍了燃料电池的商业化进程。
我校燃料电池创新研究团队,一直致力于低温、高性能燃料电池研究,聚焦高质子电导率电解质的开发,历经多年的不懈探索,经过反复试验论证,首次通过半导体异质界面电子态特性,把质子局域于异质界面,设计和构造具有最低迁移势垒的质子通道。

超质子高速通道

超质子高速通道
图:设计和构造具有最低迁移势垒的超质子高速通道(A, B);获得极其优异的质子电导率(较传统钇稳定二氧化锆电解质材料的电导率提升了约3个数量级(C); 实现了先         进燃料电池示范,在520摄氏度,输出超过1000毫瓦/平方厘米的功率密度(D)。
在传统质子传导材料里,质子需要克服巨大的能垒,通过氧空位跳跃前行。本研究如同给质子修建高速公路,即利用半导体异质界面场诱导金属态,助推超质子实现又快又好地“跑起来”,从而获得优异的电导率。这与传统电解质材料电导率相比,提升了3个数量级,并且实现了先进质子陶瓷燃料电池的示范(如上图)。
        半导体异质结构和场诱导加速离子迁移,是能源科学领域具有挑战性的研究课题,该研究成果为优良质子传输材料和应用,提供了创新思路,为质子限域传输提供了科学方法,为燃料电池研发应用插上了翅膀。该成果将促进新一代燃料电池研究和发展,对发展能源新材料和新技术具有重要科学意义和应用价值。该研究得到了国家自然科学基金委、中国地质大学(武汉)等多方面的支持。
         论文链接:https://science.sciencemag.org/content/369/6500/184


         文章来源:中国地质大学(武汉)
         吴艳,博士,副教授,2011年入选“湖北省楚天学者计划”楚天学子。主要研究方向:1. 纳米结构先进能源电池;2. 新型半导体光催化。主持国家自然科学基金青年基金1项,教育部科技项目留学回国人员科研启动基金1项,湖北省“楚天学者计划”楚天学子科研启动基金1项,中央高校基本科研业务费专项资金摇篮计划1项,中央高校基本科研业务费专项资金优秀青年基金1项。现已发表学术论文三十多篇。为Adv. Mater., Appl. Sep. Purif. Technol., Fuel等国际著名期刊审稿人。
         朱斌,博士,教授,博士生导师。1998年起在瑞典皇家工学院(Royal Institute of Technology)任教授级高级研究员。研究方向主要包括纳米复合和能源材料/技术, 燃料电池及多联产系统, 新一代能源技术和可再生能源等。1996以来主持瑞典国家国际合作基金委(STINT Fellow),瑞典国家创新局,瑞典国家能源局,瑞典国家研究理事会和欧盟先进材料和燃料电池以及欧盟-中国研究网络www.nanocofc.com多次在瑞典国家组织的国际专家评审评为国际领先的研究地位。在新型燃料电池和绿色能源研究的进展和突破多次在其主页报道,并进入2014年, 2015, 2016和2017年中国高被引学者榜单(Elsevier能源类)前列。在材料和能源等国际顶级期刊发表论文300多篇,引用近5800次以上,H-因子41, 引领国际燃料电池研究发展的新方向。创立了半导体离子材料和半导体离子学以及在新一代能源领域的应用:发明了单部件无电解质燃料电池,半导体离子燃料电池,提出燃料-电能转化的电化学物理技术路线。近五年共发表SCI论文44篇,以第一作者或通讯作者发表SCI论文37篇(其中T1论文23篇,影响因子大于10论文5篇,5—10之间的论文12篇)。
       宋怀兵,博士,副研究员,在国内外知名学术期刊上发表10多篇第一作者/通讯作者,其中包括Nature Communications(1篇)、Advanced Materials(1篇)、Nano Energy(1篇)、Solar Energy Materials & Solar Cells(3篇)、ACS Appl. Mater. Interfaces(1篇)、Nanoscale(1篇)、International Journal of Hydrogen Energy(2篇)等。主要从事光电材料合成、器件组装、机理分析以及器件放大等光电能源研究与开发的各个环节研究。

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