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邹金龙教授团队研究成果在《Applied Catalysis B: Environmental》上发表
2018-12-27 20:26 徐英明  审核人:

20181126日,皇冠体育在线环境系邹金龙教授领导的科研团队在elsevier出版的杂志《Applied Catalysis B: Environmental》上发表了题为“Fe3Se4/FeSe heterojunctions in cornstalk-derived N-doped carbon framework enhance charge transfer and cathodic oxygen reduction reaction to boost bio-electricity generation”的研究论文。

随着能源危机与环境污染的日益严重,开发新型的清洁能源具有重要的意义与作用。微生物燃料电池(MFC)已经被公认为是兼有废水处理功能的可持续能源化技术。产电微生物通过降解废水中的有机物而产生质子和电子,质子在介质中传输,电子通过外部电路传送到阴极,氧气在阴极作为电子受体发生氧还原反应(ORR),达到在废水处理过程中产电的效果。其中,传统的微生物燃料电池阴极材料(Pt/C)的ORR动力学比较缓慢,并且在污水环境中易中毒,使得MFC的整体效率和运行的耐受性下降。所以,目前的研究热点主要集中于阴极反应的ORR过程控制,以及实际运行的能量输出持久性。

邹金龙教授研究团队从降低催化剂成本,提高载体稳定性和催化剂活性出发,对微生物燃料电池的阴极材料进行了设计。阴极反应氧气为电子受体,使用废弃生物质秸秆为原料,通过一步原位合成方法最大限度的保持了秸秆的类蜂窝的孔状结构,增强了材料在阴极的O2分子传输效率。主要策略是在多孔碳骨架中嵌入Fe3Se4,同时,允许Fe3Se4在晶面生长过程中出现混合相Fe3Se4/FeSe,从而获得Fe3Se4/FeSe纳米异质结构以增强MFC阴极材料的催化活性和稳定性。在嵌入Fe3Se4/FeSe的同时,在碳骨架中掺杂进杂原子N,由N原子取代碳链中的C原子,使得碳骨架中产生大量缺陷,增强电子离域,促进电子在阴极的传递能力;并成功将850下制得的Fe3Se4/FeSe/NPGC催化材料用于MFC的空气扩散阴极。在处理有机废水的运行中,可以保持比较稳定的(120天)电压输出(约600mV),与商业Pt/C相比,具有更高的COD去除率以及更低的电荷转移内阻(Rct)。这些结果表明,制备的Fe3Se4/FeSe/NPGC催化剂具有较高的ORR活性和稳定性,可以作为MFC中商业Pt/C的有前途的替代品,也为后续的研究以及材料结构设计及研究提供了新的方向。

论文第一作者为皇冠体育在线环境科学学科在读硕士研究生荆宝剑。该研究得到国家基金(218060315157821851108162)、省自然科学基金(B201411),黑龙江省省属高校科技成果研发项目(TSTAU-R2018021)、皇冠体育网站杰出青年基金的支持。


Fe3Se4/FeSe heterojunctions in cornstalk-derived N-doped carbon framework enhance charge transfer and cathodic oxygen reduction reaction to boost bio-electricity generation, Applied Catalysis B: Environmental, 244 (2019) 465-474, DOI: 10.1016/j.apcatb.2018.11.074

文献链接https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2018.11.074

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