侯仰龙课题组在石墨烯能源材料方向取得重要进展
时间:2014-02-15 点击:

近日,工学院材料科学与工程系侯仰龙教授课题组在面向能源转化与存储的石墨烯基复合材料方向取得一系列重要进展。

 
        随着化石燃料的枯竭,燃料电池和锂离子电池等新能源因其高能量密度成为非常有前景的清洁的替代能源。石墨烯独特的物理化学性质使其在能源转化和储存领域具有引人注目的应用潜力。燃料电池的阴极氧还原反应(O2 +4e- → 4OH-)通常需要贵金属催化剂来催化。侯仰龙课题组最新设计合成了氮化铁纳米颗粒和三维石墨烯气溶胶的复合材料,并且在碱性条件下表现出了和商用Pt/C催化剂相比拟的催化活性,同时具有比Pt/C更优秀的稳定性和催化选择性。其优秀的催化性能加之低廉的价格使其很有可能取代昂贵的Pt基催化剂应用在燃料电池中。该研究成果“氮化铁和氮掺杂石墨烯气溶胶复合材料作为氧还原反应协同催化剂” (“Hybrid of Iron Nitride and Nitrogen-Doped Graphene Aerogel as Synergistic Catalyst for Oxygen Reduction Reaction”)近期发表在国际著名刊物Advanced Functional Materialshttp://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201303902/pdf )。
 


 
    
        此外,核壳结构的Co3Sn2Co纳米粒子和氮掺杂石墨烯复合物也可用作新型高性能锂离子电池负极材料,通过Co壳层的包覆和石墨烯优异的机械性能大大增强了Sn基锂离子电池负极材料的稳定性。该电极材料的容量在250 mA/g的电流下达到了1615 mAh/g,并且在充放电循环100次后容量维持在102%, 展示出极其重要的应用潜力。 该研究成果 “Co3Sn2Co纳米颗粒与氮掺杂石墨烯复合材料作为锂离子电池负极材料” (“Hybrid of Co3Sn2Co Nanoparticles and Nitrogen-Doped Graphene as a Lithium Ion Battery Anode” http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nn4047138) 发表于纳米材料领域的著名杂志ACS Nano
 
        该工作第一作者分别为工学院材料系10级本科生尹涵和11级博士研究生Nasir Mahmood。研究得到国家自然科学基金、北京市自然科学基金和国家大学生创新训练计划等项目的资助。
 
        最近,侯仰龙教授还在Journal of Material Chemistry A应邀发表了封面论文“石墨烯基复合材料在锂电池、超级电容器和燃料电池等能源转化和存储领域中的应用” (“Graphene-based nanocomposites for energy conversion and storage in lithium batteries, super capacitors and fuel cells” http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2014/ta/c3ta13033a )。该综述文章系统回顾了石墨烯及其衍生物在能源存储(锂离子电池,锂空气电池,锂硫电池和超级电容器)和转化(燃料电池阴极氧还原反应)的应用,总结了石墨烯基能源材料的设计原则和面临的挑战,展望了石墨烯能源材料的发展前景。
 
 
 
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