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研究方向:能源转换与催化材料

我们关注有电催化反应参与的能源转换科学与技术(电解水、燃料电池、二氧化碳/氮气还原等),旨在通过多学科交叉研究,发现、合成新型高效电催化剂,深入理解电催化过程,提出催化剂的新设计原则,构建高效能能源转换器件

研究兴趣1:电催化剂的高通量筛选与反向设计

传统电催化剂研发依赖于“试错法”实验合成,耗时长、成本高。实验室专注于电催化剂的高通量筛选与设计,以预期的电催化性能作为出发点,通过高通量计算方法与自动工作流,结合先进的数据分析算法,快速评估大量候选材料性能;深入探讨材料的晶体结构、表面特性和电子结构之间的关系,识别出潜在的新型电催化剂,指导实验理性合成。通过“计算机-数据分析-化学”多学科融合的研究方法,从催化剂理性设计、反应机理探索、反应描述符构建等多个方面开展研究工作,为电催化领域带来创新和突破。

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研究兴趣2:电催化剂原位表征与构效关系研究

实验室以结构准确的模型催化剂为研究对象,通过先进的原位表征技术,深入探究电催化剂在实际工作条件下的演化过程,旨在识别并理解在电催化过程中起决定性作用的物相结构以及催化位点;实验室采用的系列原位表征技术包括原位拉曼光谱、原位红外光谱、原位电化学质谱、同步辐射X射线原位吸收谱等。同时,结合先进的理论模拟方法,揭示电催化剂的活性位点构型和催化反应机制。实验室致力于建立催化剂的静态微结构、动态结构演化与其宏观催化性能之间的联系,深入理解电催化过程中的反应机理与构效关系,指导高效电催化剂的设计开发。

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研究兴趣3:电催化剂绿色合成与批量制备

实验室注重开发符合绿色化学原则的电催化材料合成方法,包括发展低温(或室温)的新合成方法、无有机溶剂(或无溶剂)的新合成途径等。合成路线追求:反应步骤最少化、原料来源稳定、化学技术可行、生产设备可靠、后处理过程简单、环境影响最小化。实验室注重提高合成方法的可重复性和可扩展性,降低成本、提高效率,以期实现大批量生产。实验室旨在通过绿色合成与批量制备方法,在提高电催化剂材料的合成效率的同时,降低对环境的影响,为能源转化与可持续能源领域带来重要进步。

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研究兴趣4:电催化装备关键组件设计与制造

电催化装备关键组件设计与制造是实现高效能源转换的关键之一。实验室专注于关键组件的结构设计和优化,包括但不限于气体扩散层的设计、膜电极的制备以及整体器件的组装等关键环节。实验室旨在通过多维度变量控制与实验,提高电催化装备核心组件的性能,包括催化剂利用率、器件性能、耐久性和能源转换效率等。实验室的研究不仅关注各个独立组件的性能,还强调整体装备的协同效应和优化。通过这种“局部与整体结合”的综合性设计与制造方法,力图在电催化装备领域实现技术上的突破和创新。

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