本網(wǎng)訊（通訊員：肖潤石）氫能是一種清潔、低碳、靈活、高效、來源廣泛且具有多元應(yīng)用的能源形式，在我國的經(jīng)濟社會發(fā)展和能源綠色低碳轉(zhuǎn)型中扮演著重要的角色。發(fā)展氫能既可以突破可再生能源并網(wǎng)消納的瓶頸，加速可再生能源的開發(fā)和利用，又可以替代傳統(tǒng)的化石能源如煤炭和石油，減少對化石燃料和傳統(tǒng)油氣資源的依賴，提高國家能源的自給率和安全性。目前，利用可再生能源進(jìn)行電解水制氫是眾多氫氣生產(chǎn)方案中碳排放最低的工藝。近期，我校新能源材料與器件系學(xué)子針對該領(lǐng)域存在的關(guān)鍵問題開展了深入的研究工作，發(fā)表了系列高水平研究成果。
針對工業(yè)化大電流電解水制氫系統(tǒng)存在的問題，研究團隊提出了一種新的活性位點調(diào)節(jié)策略。通過精確調(diào)控活性位點處原子的配位環(huán)境及電子構(gòu)型，成功實現(xiàn)了在析氫反應(yīng)過程中產(chǎn)生安培級電流密度，并能夠長時間穩(wěn)定運行。理論計算結(jié)果表明，這種復(fù)合結(jié)構(gòu)加速了氫氣從活性位點釋放的過程，證實了其適用于大電流制氫的特性。這一研究成果將有效推動高性價比的工業(yè)級制氫電催化劑的開發(fā)。研究結(jié)果以題為《Tailoring the Mo-N/Mo-O configuration in MoO2/Mo2N heterostructure for ampere-level current density hydrogen production》的論文發(fā)表在Applied Catalysis B: Environmental期刊上。該期刊為催化領(lǐng)域一區(qū)TOP期刊，影響因子為22.1，我校等離子體化學(xué)與新材料湖北省重點實驗室和磷資源開發(fā)利用教育部工程研究中心為論文第一單位，2021級碩士生馮帥為論文的第一作者，彭祥博士為唯一通訊作者。
光電化學(xué)（PEC）制氫技術(shù)可以利用太陽能來進(jìn)一步降低傳統(tǒng)電解水高的過電勢，然而大多數(shù)光電催化材料的光電轉(zhuǎn)換效率仍然較低，限制了其在實際應(yīng)用中的可行性。非富勒烯受體是有機光伏電池的重要組成部分，由于其優(yōu)異的光電轉(zhuǎn)換效率而備受關(guān)注。在這項研究中，我們選擇了一種典型的非富勒烯材料Y6，實現(xiàn)了較高的光催化電流響應(yīng)，同時利用其有機單元的化學(xué)反應(yīng)選擇性，創(chuàng)新性的制備了一種用于脲酶活性評價的傳感器。該研究成果以題為《Selective Chemical Reactivity of Non-Fullerene Acceptor for Photoelectrochemical Bioassay of Urease Activity》發(fā)表在材料領(lǐng)域國際著名期刊Advanced Functional Materials上，影響因子為19.0，2021級碩士生肖潤石為論文第一作者，胡六永博士為通訊作者。
為了提高非貴金屬電催化劑的析氫反應(yīng)活性和動力學(xué)過程，研究團隊采用原位相分離技術(shù)構(gòu)筑了過渡金屬硒化物復(fù)合異質(zhì)結(jié)構(gòu)。通過調(diào)節(jié)相分離過程，精確調(diào)控了金屬原子之間的相互作用以及它們的化學(xué)態(tài)，優(yōu)化電解水過程中水分子的吸附和脫附行為，從而實現(xiàn)了高效的電解水制氫，為非貴金屬電催化劑在高效析氫反應(yīng)中的應(yīng)用提供了新思路。該研究結(jié)果以《Synergistic dual-regulating the electronic structure of NiMo selenides composite for highly efficient hydrogen evolution reaction》為題，發(fā)表在能源與燃料領(lǐng)域一區(qū)TOP期刊Fuel上，影響因子為7.4。2021級碩士生李榮為論文的第一作者，彭祥博士為唯一通訊作者。
受到鐵制品易氧化的生活常識的啟發(fā)，研究團隊提出了一種新的思路，將析氫反應(yīng)與廢鐵升級氧化反應(yīng)耦聯(lián)起來，以實現(xiàn)超低能耗的電解水制氫。這種電解水制氫方案在槽電壓和能耗方面均突破了常規(guī)電解水制氫系統(tǒng)的理論極限，為實現(xiàn)超低能耗電解水制氫提供了新途徑。研究結(jié)果以題為《Ultralow-voltage hydrogen production and simultaneous Rhodamine B beneficiation in neutral wastewater》的論文發(fā)表在國際知名期刊Journal of Energy Chemistry上。該期刊是中國科學(xué)系列一區(qū)TOP期刊，入選了中國科技期刊卓越行動計劃“重點期刊”項目，影響因子為13.1，彭祥博士為論文第一作者，2020級碩士生謝松（現(xiàn)為2023級博士生）為第二作者。
催化劑材料的相結(jié)構(gòu)對其催化性能具有重要影響。研究團隊運用異相結(jié)工程策略構(gòu)建了由正交相和立方相過渡金屬硒化物組成的異相結(jié)電催化劑，并對硒化物相轉(zhuǎn)變過程及其機制進(jìn)行了探究。理論計算結(jié)果表明，異相結(jié)優(yōu)化了反應(yīng)中間產(chǎn)物的吸附行為，并加速了電催化過程中的電荷轉(zhuǎn)移，實現(xiàn)了高效且長壽命大電流電解水制氫。該研究結(jié)果以《Heterophase junction engineering induced Co spin-state modulation of CoSe2 for large-current hydrogen evolution reaction》為題，發(fā)表于國產(chǎn)一區(qū)TOP期刊Rare Metals上，該期刊入選中國科技期刊卓越行動計劃，影響因子為8.8。2021級碩士生徐寶釵為論文第一作者，彭祥博士為唯一通訊作者。
電解水制氫過程中陽極析氧反應(yīng)是制約整體反應(yīng)動力學(xué)的決速步驟，降低陽極析氧反應(yīng)的勢壘是實現(xiàn)低能耗制氫的關(guān)鍵。研究團隊通過共沉淀法和一步熱處理法在普魯士藍(lán)中引入了C≡N缺陷位點。通過調(diào)節(jié)熱處理過程，精確地調(diào)節(jié)的C≡N缺陷位點的含量，從而調(diào)控了活性位點的化學(xué)態(tài)，該催化劑在陽極析氧反應(yīng)表現(xiàn)出了極高的催化活性和穩(wěn)定性。該研究結(jié)果以《C≡N vacancy engineering of Prussian blue analogs for the advanced oxygen evolution reaction》為題，發(fā)表在國際知名期刊Journal of Environmental Chemical Engineering上，影響因子為7.7。2020級碩士生鄧文浩為論文第一作者，彭祥博士為唯一通訊作者。
新能源材料與器件研究團隊在深入開展研究工作的同時，還密切關(guān)注本領(lǐng)域的研究進(jìn)展，在高水平期刊發(fā)表綜述論文，闡述他們對本領(lǐng)域前沿科學(xué)問題的認(rèn)識和理解?；趯α畠r過渡金屬析氫反應(yīng)電催化劑的電子結(jié)構(gòu)工程的認(rèn)識，該團隊綜述了近幾年關(guān)于電子結(jié)構(gòu)對電催化活性的影響機理的相關(guān)研究工作，并討論了通過摻雜、空位、異質(zhì)結(jié)構(gòu)、應(yīng)變和相工程等策略來優(yōu)化電催化劑性能的方法，該綜述對于理解和優(yōu)化電催化劑的設(shè)計具有重要指導(dǎo)意義。這篇綜述論文以題為《Electronic structural engineering of transition metal-based electrocatalysts for the hydrogen evolution reaction》的形式發(fā)表在國際知名期刊Nano Energy上。該期刊是能源材料領(lǐng)域一區(qū)TOP期刊，影響因子為17.6，熊禮威教授為論文第一作者，2021級碩士生邱云帆為第二作者，彭祥博士為通訊作者。
受期刊主編的邀請，新能源材料與器件研究團隊進(jìn)一步總結(jié)了基于金屬-有機框架材料的酸性析氧反應(yīng)催化劑的研究進(jìn)展。與傳統(tǒng)的堿性電解水相比，酸性電解水技術(shù)具有大電流密度、低歐姆電阻以及高的氫氣純度等優(yōu)勢，然而該技術(shù)受限于高穩(wěn)定性和高活性酸性析氧反應(yīng)電催化劑的發(fā)展?；诖?，本文綜述了基于金屬-有機框架材料的酸性析氧反應(yīng)電催化劑的相關(guān)研究工作，并對該類催化劑的發(fā)展前景和挑戰(zhàn)進(jìn)行了探討。這篇綜述論文以題為《Metal–organic framework-based electrocatalysts for acidic oxygen evolution reaction》的形式發(fā)表在國際知名期刊Trends in Chemistry (Cell 子刊)上。該期刊是化學(xué)領(lǐng)域一區(qū)TOP期刊，影響因子為15.7，胡六永博士為論文第一作者，2021級碩士生肖潤石為第二作者。
氫氣的密度小、液化溫度低以及儲運困難和安全性差等問題一直是制約氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要瓶頸。為了解決這些問題，氫氨融合技術(shù)成為了國際清潔能源領(lǐng)域的前瞻性、顛覆性和戰(zhàn)略性技術(shù)發(fā)展方向。在這一背景下，采用電化學(xué)還原技術(shù)將廢棄的硝酸鹽污染物轉(zhuǎn)化為氨成為一條重要的合成氨路徑。研究團隊綜述了近年來在電化學(xué)合成氨領(lǐng)域中，單原子、單金屬、雙金屬、化合物和異質(zhì)結(jié)等多種催化劑的應(yīng)用。論文從多個角度、多個層次闡述了這些催化劑在電化學(xué)還原硝酸鹽合成氨技術(shù)中的機理及應(yīng)用，為解決廢棄硝酸鹽污染物問題以及氫氨融合技術(shù)的推廣應(yīng)用提供了有益的指導(dǎo)。這篇綜述論文以題為《Electrochemical reduction of nitrate to ammonia using non-precious metal-based catalysts》的形式發(fā)表在化學(xué)領(lǐng)域國際知名期刊Coordination Chemistry Reviews上。該期刊為中科院一區(qū)TOP期刊，影響因子為20.6，我校等離子體化學(xué)與新材料湖北省重點實驗室和磷資源開發(fā)利用教育部工程研究中心為論文第一單位，2021級碩士生徐寶釵為論文第一作者，彭祥博士為通訊作者。
據(jù)悉，我校新能源材料與器件系成立于2019年，已組建9人的青年教師團隊，全部具有博士學(xué)位，4人具有海外留學(xué)經(jīng)歷，4人次入選湖北省組織部/教育廳有關(guān)人才計劃，2人入選2023年度“全球前2%頂尖科學(xué)家榜單”。依托我校8188www威尼斯，立足于化學(xué)、材料學(xué)、工程學(xué)、生物學(xué)等多學(xué)科交叉領(lǐng)域，在光能利用與減污降碳領(lǐng)域科技創(chuàng)新方面已取得系列成果。承擔(dān)國家級科研項目9項（包括1項國家重點研發(fā)計劃“變革性技術(shù)”課題）、湖北省重點研發(fā)計劃和湖北省自然科學(xué)基金項目7項；團隊成員以第一/通訊作者在Natl. Sci. Rev.（中國科技期刊卓越行動計劃領(lǐng)軍期刊）、J. Energy Chem.（中國科技期刊卓越行動計劃重點期刊）、J. Mater. Sci. Technol.（中國科技期刊卓越行動計劃重點期刊）、CCS Chem.（中國化學(xué)會旗艦新刊）、Coordin. Chem. Rev.、Adv. Mater.、Adv. Funct. Mater.、Angew. Chem. Int. Ed.、ACS Energy Lett.、ACS Nano、Appl. Catal. B、Nano Energy等中科院一區(qū)TOP期刊發(fā)表論文70余篇，其中IF > 10的50余篇、IF > 20的10余篇、ESI熱點論文1篇、高被引論文7篇。在Journal of Chemical Education期刊發(fā)表教學(xué)相關(guān)論文2篇。
在學(xué)生培養(yǎng)方面，新能源材料與器件系致力于培養(yǎng)具有優(yōu)秀科研素質(zhì)、創(chuàng)新思想、突破精神的新能源材料與器件及相關(guān)領(lǐng)域人才。近年來，已有8名學(xué)生獲得國家獎學(xué)金，主持第十六期校長基金項目8項并全部順利結(jié)題，獲批大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽項目省級立項2項，完成“互聯(lián)網(wǎng)+鄉(xiāng)村公益”項目1項并取得校級銅獎，獲2023年“建行杯”第十六屆全國大學(xué)生節(jié)能減排社會實踐與科技競賽三等獎、第十八屆“挑戰(zhàn)杯”全國大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽“黑科技”專項賽衛(wèi)星級獎、湖北省第十四屆“挑戰(zhàn)杯·中國銀行”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽二等獎等獎項。（審稿：王濤）
