新闻网讯 近日，物理科学学院博士研究生刘进华以第一作者在Cell Press跨学科综合期刊《iScience》发表了题为“Dendritic boron and nitrogen doped high-entropy alloy porous carbon fibers for high-efficiency hydrogen evolution reaction”（树枝状硼和氮元素掺杂高熵合金多孔碳纤维用于高效析氢反应）的研究论文（iScience, 27: 109616 (2024)）。物理科学学院教授龙云泽与纺织服装学院教师郑杰为该论文的通讯作者。
为了满足现代社会的能源需求，寻求可持续、清洁和高效率的能源生产尤为重要。电解水是一种高效的可持续氢生成途径，被认为是未来可再生能源生产、储存和使用的有效方法。电解水由两个半反应组成，分别是阴极析氢HER和阳极析氧OER。由于存在HER和OER过电位，水的实际分解电压远高于理论分解电压1.23 V。高效催化剂的设计和合成是提高水电解制氢能效的关键。在各种电催化剂中，高熵合金以其独特的性能和优异的析氢反应贬贰搁催化活性而备受关注。然而，小尺寸高熵合金催化剂的精确合成仍然具有挑战性，这限制了其催化性能的进一步提高。受树枝发芽和生长的启发，刘进华等采用静电纺丝技术成功制备了具有原位生长树突结构的硼和氮元素掺杂高熵合金多孔碳纳米纤维。此外，树突纤维抑制了高熵合金粒子的生长，从而合成了量子点尺寸（1.67 nm）的高熵合金粒子。在1摩尔KOH、10 mA/cm2电流密度下，树枝状硼和氮元素掺杂高熵合金多孔碳纳米纤维能够达到34.4~38.5 mV的最低过电位和35.45mV/dec的低塔菲尔斜率。具有多孔表面的氮元素掺杂碳纳米纤维能够提高催化剂的导电性，加快电子和物质的传输，并避免高熵合金纳米粒子的团聚。硼元素的引入使得纤维分化发芽形成树枝状结构。树枝状结构能够分化出更多的接触位点，碳纤维和高熵合金结合可以加速电子和离子的传输，从而降低动力学反应势垒，用硼元素掺杂可以调节电子构型并优化催化剂表面上的热力学氢吸附/脱附，这是提高电催化效率的原因。该工作对其他元素组合的硼化高熵合金纤维的制备以及开发探索树枝状纳米纤维在电化学领域的应用提供了新的设计思路。
此外，刘进华还以第一作者在期刊《Renewable and Sustainable Energy Reviews》（可再生与可持续能源评论，SCI影响因子15.90）上发表了“Review on electrospinning anode and separators for lithium ion batteries”（Renewable and Sustainable Energy Reviews, 189: 113939 (2024)）。本文重点介绍了静电纺丝纳米材料在锂离子电池负极和隔膜方面应用的最新进展。此外，静电纺丝可以用于制备钠/钾离子电池和固态电池的电极、隔膜/固态电解质材料。最后，对静电纺丝技术的商业化、电池产业化的前景以及锂离子电池和其他替代材料的未来发展进行了讨论。论文第一作者为物理科学学院博士生刘进华和王蓬，通讯作者为龙云泽和张俊。
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