湘潭大学化学学院刘益江

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刘益江，中共党员，湖南娄底人，湘潭大学教授。硕士期间主要从事有机太阳能电池光活性材料的设计合成与光伏性能研究，博士期间主要从事有机/无机复合纳米材料研究，相关研究成果先后发表在Chem.Commun., J. Mater. Chem.等国际期刊上。其中，发表在J. Mater. Chem.的论文被《自然中国》2010年1月选为来自中国大陆和香港的突出科学研究成果，论文的研究亮点已被刊登在《Nature》杂志网站“natureCHINA.com”上。先后参与多个科研项目的研究，包括国家自然科学基金面上项目、国家自然科学基金重点项目、“973”国家重大科学研究计划纳米专项等。获得“湖南省硕士优秀毕业论文”、“中国科学院化学所优秀青年科学奖”等荣誉。目前的研究兴趣主要包括有机/无机复合纳米材料、高分子材料合成及改性等方面。



刘益江
职称：讲师        性别：女
               
工作学习经历
2015.07-至今                  湘潭大学              工作         
2012.09-2015.06              中国科学院化学研究所    博士         
2010.01-2012.08              湖南人文科技学院       工作         
2009.07-2009.12              湖南晟通科技集团        研发工程师         
2006.09-2009.06              湘潭大学               硕士         
2002.09-2006.06              吉首大学               本科         
主讲课程
研究方向
有机/无机复合纳米材料，高分子合成与改性
主要学术成果
1. Yijiang Liu, Fuxin Liang, Qian Wang, Xiaozhong Qu, Zhenzhong Yang, Flexible Responsive Janus Nanosheets, Chemcial Communcations, 2015, 51, 3562-3565.
2. Yijiang Liu, Qian Wang, Xiaozhong Qu, Fuxin Liang, Zhenzhong Yang, Amine/Acid Composite Janus Nanosheets, SCIENCE CHINA: Materials, 2015, 58, 126-131.
3.Yijiang Liu, Na Xiang, Xiaoming Feng, Ping Shen, Weiping Zhou, Chao Weng, Bin Zhao and Songting Tan. Thiophene-linked Porphyrin derivatives for dye-sensitized solar cell. Chemcial Communcations, 2009, 18, 2499-2501.
4. Yijiang Liu, Xia Guo, Na Xiang, Bin Zhao, Hui Huang, Hui Li, Ping Shen and Songting Tan. Synthesis and photovoltaic properties of polythiophene stars with porphyrin core. Journal of Materials Chemistry, 2010, 20, 1140-1146.
5. Qiguang Wang, Yijiang Liu, Xiaozhong Qu, Qian Wang, Fuxin Liang, Zhenzhong Yang, Janus Nanosheets by Emulsion Interfacial Crosslinking of Reactive Surfactants, Colliod and Polymer Science, 2015, DOI 10.1007/s00396-015-3649-x.
6.Xianwei Huang, Yijiang Liu, Jiyong Deng, Bing Yi, Xinliang Yu, Ping Shen, Songting Tan. A novel polymer gel electrolyte based on cyanoethylated cellulose for dye-sensitized solar cells. Electrochimica Acta, 2012, 80, 219-116.
7. Na Xiang, Yijiang Liu, Weiping Zhou, Hui Huang, Xia Guo, Zhuo Tan, Bin Zhao, Ping Shen, Songting Tan. Synthesis and characterization of porphyrin-terthiophene and oligothiophene p-conjugated copolymers for polymer solar cells. European Polymer Journal, 2010, 46, 1084-1092.
8. Ping Shen, Yijiang Liu, Xianwei Huang, Bin Zhao, Na Xiang, Junjie Fei, Liming Liu, Xueye Wang , Hui Huang, Songting Tan. Efficient triphenylamine dyes for solar cells: Effects of alkyl-substituents and π-conjugated thiophene unit. Dyes and Pigments, 2009, 83, 187-197.

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2022年8月23日，Nano Research Energy青年编委、湘潭大学刘益江副教授课题组发表题为“Metal-coordinated porous polydopamine nanospheres derived Fe3N-FeCo encapsulated N-doped carbon as a highly efficient electrocatalyst for oxygen reduction reaction”的最新研究成果。
    氧还原反应(ORR)是金属空气电池的重要半反应，但是反应动力学迟缓。Pt基催化剂能有效提升ORR动力学，但存在稳定性低、资源紧缺、价格昂贵等问题，限制了金属空气电池的商业化应用。因此，开发非贵金属ORR催化剂至关重要。
    在已开发的各种非贵金属催化剂中，金属氮化物掺杂的碳材料（MNx-C）因为其高导电性、优异的氧还原催化活性和经济适用性被认为是最有可能取代Pt基催化剂的一类材料。其中，氮化铁（Fe3N）修饰的碳材料（Fe3N-C）具有可与Pt/C媲美的ORR催化活性。然而，形成Fe3N颗粒通常需要高温氨化，这不仅增加了制备成本也存在安全隐患。如何通过非高温氨化方法来制备Fe3N纳米颗粒修饰的碳材料并显著提升其ORR催化活性成为了新的关注点。
    因此，刘益江课题组提出一种简单有效的原位制备Fe3N和FeCo纳米颗粒修饰的杂化碳材料的方法并用于高效氧还原催化反应。


    首先，通过乳液组装和自聚合的方法制备了多孔聚多巴胺金属纳米球（如Fe-PDA@Co），随后利用聚多巴胺、金属与三聚氰胺的相互作用在聚多巴胺金属纳米球表面包覆三聚氰胺得到Fe-PDA@Co@melamine络合物，最后通过高温热解得到Fe3N和FeCo修饰的多孔碳球和碳纳米片共存的杂化碳材料Fe3N-FeCo@NC。
    在本工作中不需要经过高温氨化即可原位形成Fe3N纳米颗粒，这主要得益于乳液组装和自聚合相结合的策略，使铁均匀分散在聚多巴胺多孔球中，同时三聚氰胺与铁也有相互作用，因此不需要额外的高温氨化。Fe3N-FeCo@NC具有较大的比表面积和多级孔结构，同时具有Fe3N、FeCo、M-Nx等活性种，因此具有优异的氧还原电催化活性。
    在0.1M KOH介质中，Fe3N-FeCo@NC的起始电位为1.05 V，半波电位为0.89 V，超过Pt/C的起始电位（0.97 V）和半波电位（0.85 V），也远远超过参比样品Fe/NC（前驱体不含Co和三聚氰胺）和Fe,Co/NC（前驱体不含三聚氰胺），是目前MNx-C材料ORR性能的最高值之一。
    此外，Fe3N-FeCo@NC的稳定性和抗甲醇性能也远远超过Pt/C。基于Fe3N-FeCo@NC为空气阴极的锌空气电池的开路电压为1.50 V，功率密度达141 mW·cm−2，比容量为806.6 mAh·gZn−1，显著高于Pt/C组装的电池（开路电压为1.48 V，功率密度113 mW·cm−2，比容量为660.6 mAh·gZn−1）。同时，基于Fe3N-FeCo@NC的锌空气电池具有优异的倍率性能和稳定性。以上结果表明Fe3N-FeCo@NC是一种高效且稳定的ORR电催化剂，有利于推进锌空电池的实际应用。

图1. (a) Fe3N-FeCo@NC的制备示意图；Fe3N-FeCo@NC的TEM (b)和HRTEM (c)照片；Fe3N-FeCo@NC的LSV曲线(d)；基于Fe3N-FeCo@NC的锌空电池的功率密度 (e)。

论文标题：Metal-coordinated porous polydopamine nanospheres derived Fe3N-FeCo encapsulated N-doped carbon as a highly efficient electrocatalyst for oxygen reduction reaction
论文网址：https://doi.org/10.26599/NRE.2022.9120027
DOI：10.26599/NRE.2022.9120027


论文引用：
F. Guo, M. Zhang, S. Yi, et al. Metal-coordinated porous polydopamine nanospheres derived Fe3N-FeCo encapsulated N-doped carbon as a highly efficient electrocatalyst for oxygen reduction reaction. Nano Research Energy. https://doi.org/10.26599/NRE.2022.9120027.