科研聚焦|双良环境联合南京工业大学化工学院/衢州膜材料创新研究院团队在NATURE COMMUNICATIONS杂志发表期刊文章

2024-12-09 09:31:13 0 双良环境

　　双良环境联合南京工业大学化工学院/衢州膜材料创新研究院团队在

　　NATURE COMMUNICATIONS 杂志上发表期刊文章

　　近日，双良环境联合南京工业大学化工学院/衢州膜材料创新研究院团队在国际顶级期刊《NATURE COMMUNICATIONS》上发表了题为“Species mass transfer governs the selectivity of gas diffusion electrodes toward H2O2 electrosynthesis”的研究论文。

　　图1：期刊封面

　　1成果介绍

　　H2O2电合成工艺近年来取得了长足的进步，一般认为阻碍该技术工业化实施的关键瓶颈在于2e− ORR的耗气特性与O2在水中固有的低溶解度间难以调和的矛盾。气体扩散电极(GDE)允许直接利用气态原料并大大缩短气体递送距离被广泛认为是最适合2e− ORR的电极架构平台。特别是对于那些具有仿生呼吸设计的GDE，其无需耗能的曝气设施的特点为进一步推进商业上可行的电解电堆铺平了道路。因此，设计筛选先进电催化剂将ORR选择性引导至所需的2e−路径，随后将其集成至GDE用于体相电解已成为H2O2电合成领域一个突出的研究范式。然而始终令人困惑的是，电催化剂和组装的GDE在体相电解过程中经常表现出H2O2选择性的巨大差异，这对电极材料的系统设计带来了重大挑战。该研究阐明了除电催化剂本征特性之外的关键物种(包括反应物和产物)的传质行为在决定电极尺度H2O2选择性方面的关键作用。这种规律在高反应速率(电流密度)条件下由于传输限制的加剧将变的更加显著。研究人员利用GDE的扩散相关参数(即润湿性和催化剂层厚度)作为探针因素，结合短期和长期电解以及原位电化学反射吸收成像和理论计算，系统研究了传质与传质行为控制的局部微环境对O2和H2O2输运的影响。相应地揭示了电极尺度上扩散控制的转化选择性的机制起源。该研究强调了对主流疏水GDE进行能够同步优化反应物和产物的传质行为的架构创新的必要性，为面向电合成的下一代GDE的研发指引了方向。

　　图2：图文摘要

　　作者介绍

　　第一作者

　　崔乐乐，清华大学，深圳国际研究生院，博士后(已出站)，衢州膜材料创新研究院膜过程装备研究所副所长，极清科技(衢州)有限公司副总经理。研究方向为面向电化学物质转化技术的电极材料设计、电化学膜反应器件组装及其在化工、环境领域中的应用。以第一/共一作者在Nature Communications、Energy & Environmental Science、ACS Catalysis和Water Research等国际TOP期刊上发表SCI论文十余篇，主持/参与国家自然科学基金青年项目、江苏双良环境企业项目等三项，授权国内发明专利两项。

　　陈斌，江苏双良环境科技有限公司研发工程师，南京工业大学/苏州实验室联合培养博士生，衢州膜材料创新研究院膜过程装备研究所骨干，极清科技(衢州)有限公司总经理。研究方向为过氧化氢电合成技术产业化、水环境治理与修复、水生态修复等。以第一/合作作者在Nature Communications、Energy & Environmental Science等期刊发表SCI论文十余篇，授权国内发明专利八项。主持/参与“南孔精英”、江苏省双碳重点研发计划课题等科研项目等共五项。

　　通讯作者

　　景文珩，南京工业大学，化工学院，教授，博士生导师，江苏双良环境科技有限公司科技副总经理，特种分离膜国家产业创新联盟秘书长，极清科技(衢州)有限公司董事长，衢州膜材料创新研究院膜过程与装备所所长。景文珩教授团队始终聚焦膜材料与过程强化研究，主持承担国家自然科学基金项目、国家重点研发计划课题、江苏省双碳重点研发计划课题等10多项国家、省部级项目;参编陶瓷膜装备(GB/T 37795-2019)国家标准1件;发表SCI期刊论文90余篇;申请发明专利26件，授权19件;获得包括国家科技进步二等奖在内的省部级以上奖项8项。近5年，发表SCI论文40余篇，一区文章20篇;授权中国发明专利9件，国际专利1件。获得教育部技术发明二等奖(2022年)，中国膜工业协会科学技术奖一等奖(2024年)和中国膜工业协会科技进步一等奖(2020年)。