Research-重大新能源化工团队
Research
           能源是人类赖以生存的物质基础,尤其在近代,社会物质文明的快速发展是以消耗能源为代价的。随着能源资源的过度利用和逐渐短缺、环境污染问题日趋严重,人类的生存与发展受到了威胁与挑战。我国作为当今世界最大的发展中国家,目前已经是世界能源消费大国,能源已关系到我国经济可持续发展和国家安全,构建稳定、经济、洁净、安全和可持续发展的能源体系已成为我国迫在眉睫的艰巨任务。
       面向国家能源重大战略需求和科学前沿,重庆大学“新能源化工团队”长期致力于清洁能源获取与利用、绿色合成与新物质创造的研究与开发,已经在燃料电池催化剂理论设计、低铂及非铂催化剂设计及合成方法开发、新型载体材料、离子交换膜、析氢/析氧催化剂等方面取得了突出的研究成果,形成了自己的研究特色。在Chem. Soc. RevJ. Am. Chem. Soc.Angew. Chem. Int. EdAdv. Mater等重要刊物上发表论文200余篇,他引6000多次,申请发明专利26项,获授权24项,获重庆市自然科学一等奖1次,重庆市自然科学二等奖1次。课题组现有老师10名,其中,“长江学者”1人,教授4人,副教授4人,工程师1名,博士生27人,硕士生46人。课题组承担了国家“973”重大基础研究计划课题2项,新能源汽车专项1项,国家“863”高技术项目4项,国家自然科学基金重点项目3项,国家自然科学基金面上/青年项目20余项,有力的支持了学校的学科建设和人才培养。


主要研究方向包括
1.高效燃料电池关键材料及燃料电池动力系统
          “理论计算”方面包括基于密度理论计算的燃料电池催化剂设计与筛选,电化学催化机理探究,结合实验与计算解析电化学现象本质。
“燃料电池关键材料”方面的研究包括低铂、非铂催化剂设计及合成方法开发,新型碳基载体或非碳载体材料,碱性阴离子交换膜,气体多孔电极及膜电极(MEA)设计与开发等;
“燃料电池系统”方面的研究是针对实际应用,将开发的燃料电池关键材料应用于质子交换膜燃料电池、碱性阴离子交换膜燃料电池、金属(镁、铝、锌等)/氧气(空气)电池及其新型组合电源装置,开展系统集成、过程监控等基础与应用研究,开发面向商业化应用的燃料电池系统。


2.新能源电解制氢技术;
        电解水制氢由于简单、污染小、效率高、氢气纯度高等优点成为最引人关注的制氢方法。然而,电解制氢技术存在反应过电位较高,能耗大的问题,并且目前普遍使用的电极催化材料为钌、铱、铂等贵金属,工业化成本高。因此,开发高效稳定的低贵金属载量或非贵金属的阴阳极催化剂成为了发展电解水技术的关键难题。针对以上问题,本课题组着重于催化剂几何及电子结构的调节,从增加催化剂活性表面积及提升催化位点本征活性两方面开展了一系列工作。


本征活性提升:利用原子掺杂、界面构造等方式,从原子水平精确调节催化剂的电子结构,以实现高效稳定催化剂的设计构造及制备。

三维联通有序一体化高活性高稳定性气体电极:通过电极微结构调控,构建出具有丰富三相界面,且电子、气体、电解质传输通道有序联通的一体化,获得高活性、高稳定性的复合气体电极。


3.可持续绿色有机电合成高附加值化工新产品。

        有机电化学合成采用电子作为氧化还原反应的介质,无需有毒或危险的氧化还原剂和苛刻的反应条件,是一种绿色可持续的合成技术,提高原子利用率,减少中间体的应用,降低废弃化学品排放。通过调节电极电势、电极界面性质和电极材料组成,可以实现传统催化反应难以达到的高活性和高选择性,获得具有高附加值的精细化工产品。目前正在进行的研究项目包括:
※α,β不饱和醛酮的选择性电还原;
※烯烃高效电化学氧化,选择性的加入氧原子。通过催化诱导释放氧气分子氧化能力,改变传统石化工业对于氯碱工业的依赖性,增加原子利用率,降低能耗;
※不饱和键的选择性还原,催化诱导辅助加氢;利用氢原子自身的还原能力,通过电化学辅助的方法调控氢原子的还原电势,借助轨道匹配效应,实现对于不饱和键的选择性还原。
※复杂电极反应过程的动力学建模;
※多相电合成反应器的多尺度模拟;


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