教學(xué)設(shè)備

8月13日，北京化工大學(xué)向中華教授團(tuán)隊(duì)與深圳大學(xué)王丹教授、東南大學(xué)王金蘭教授、香港城市大學(xué)劉彬教授和中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所張鎖江院士團(tuán)隊(duì)合作，創(chuàng)新性地設(shè)計(jì)并制備了一種具有中空多殼層結(jié)構(gòu)的單原子鐵催化劑（CS Fe/N-C），獲得同時(shí)具有高活性與穩(wěn)定性氫燃料電池性能。相關(guān)成果以“Acidic oxygen reduction by single-atom Fe catalysts on curved supports”為題，發(fā)表在《自然》（Nature）雜志上。

燃料電池性能圖

開(kāi)發(fā)兼具高活性與高耐久性的非貴金屬電催化劑，是實(shí)現(xiàn)質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）低成本、大規(guī)模應(yīng)用的核心挑戰(zhàn)。盡管Fe/N-C類(lèi)催化劑被視為最有希望替代鉑族金屬的材料，但其在強(qiáng)酸性PEMFC工作環(huán)境下的活性和穩(wěn)定性一直難以滿(mǎn)足要求。針對(duì)這一難題，合作團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地設(shè)計(jì)并制備了一種具有中空多殼層結(jié)構(gòu)的單原子鐵催化劑（CS Fe/N-C）。該催化劑均勻分布在二維碳層上，單原子鐵活性位點(diǎn)主要嵌入在納米突起的內(nèi)側(cè)彎曲表面。

我校向中華教授團(tuán)隊(duì)在該突破性研究中負(fù)責(zé)了該新型催化劑在實(shí)際質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）工況下的器件性能評(píng)估、優(yōu)化與穩(wěn)定性提升工作。研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)動(dòng)態(tài)電-質(zhì)耦合模型分析方法，強(qiáng)化催化層傳質(zhì)，使活性中心充分暴露，對(duì)CS Fe/N-C催化劑在燃料電池工況下的性能進(jìn)行了系統(tǒng)探索。測(cè)試數(shù)據(jù)直接證實(shí)了CS Fe/N-C催化劑在真實(shí)、嚴(yán)苛的工作環(huán)境下，能夠驅(qū)動(dòng)電池輸出接近實(shí)用化水平的功率密度，顯著優(yōu)于以往報(bào)道的大多數(shù)非鉑Fe/N-C催化劑，為未來(lái)應(yīng)用于實(shí)際燃料電池系統(tǒng)提供了堅(jiān)實(shí)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)和性能標(biāo)桿。

此項(xiàng)發(fā)表在《自然》（Nature）雜志上的研究成果，是多單位緊密合作、協(xié)同創(chuàng)新的典范。我校向中華教授團(tuán)隊(duì)?wèi){借其在燃料電池領(lǐng)域的深厚積累與所開(kāi)發(fā)的動(dòng)態(tài)電-質(zhì)耦合過(guò)程強(qiáng)化技術(shù)，為該突破性進(jìn)展做出了重要貢獻(xiàn)，也為推動(dòng)下一代低成本、高性能燃料電池的發(fā)展邁出了堅(jiān)實(shí)一步。

 向中華教授個(gè)人簡(jiǎn)介 

向中華，北京化工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院教授、博導(dǎo)，國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，國(guó)家青年科學(xué)基金B(yǎng)類(lèi)，北京市杰青基金獲得者。2007年獲湘潭大學(xué)學(xué)士學(xué)位；2013年獲北京化工大學(xué)博士學(xué)位；2013~2014年在美國(guó)凱斯西儲(chǔ)大學(xué)博士后；2014年至今在北京化工大學(xué)工作。主要從事燃料電池氧還原催化與工程。近年來(lái)在Nature、Angew. Chem. Int. Ed.、J. Am. Chem. Soc.、Adv. Mater.、Science Adv.、Nature Commun.、AIChE J.等SCI期刊發(fā)表論文130余篇。授權(quán)發(fā)明專(zhuān)利21件，其中6件已轉(zhuǎn)讓。牽頭承擔(dān)科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金國(guó)際合作重點(diǎn)項(xiàng)目、中石油、金川集團(tuán)等橫向委托研發(fā)項(xiàng)目。獲2024年度北京市科技獎(jiǎng)人物獎(jiǎng)——杰出青年中關(guān)村獎(jiǎng)； 2024國(guó)際發(fā)明家協(xié)會(huì)聯(lián)合會(huì)（IFIA）最佳發(fā)明獎(jiǎng)；教育部自然科學(xué)一等獎(jiǎng)（2/4）；中國(guó)可再生能源學(xué)會(huì)優(yōu)秀科技人才獎(jiǎng)；中國(guó)化工學(xué)會(huì)第九屆侯德榜化工科技青年獎(jiǎng)；2017年入選第三屆中國(guó)科協(xié)青年人才托舉工程。任eScience、Green Chemical Engineering、Chinese Chemical Letters等期刊青年編委；中國(guó)可再生能源學(xué)會(huì)青年工作委員會(huì)副主任；中國(guó)可再生能源學(xué)會(huì)氫能專(zhuān)業(yè)委員會(huì)委員；中國(guó)化工學(xué)會(huì)國(guó)際學(xué)術(shù)交流工作委員會(huì)委員；北京市青年科技人才協(xié)會(huì)理事等。

來(lái)源：北京化工大學(xué)科學(xué)技術(shù)發(fā)展研究院