长春应化所葛君杰教授作客第623期化苑讲坛

报告题目：PEM氢电转换高效催化新体系

报告人：葛君杰 教授

报告时间：2023年4月8日上午10:00

报告地点：化学楼1号会议室

报告人简介：葛君杰，教授，博士生导师，教育部青年长江学者，英国皇家化学会会士，中国科学院高层次人才计划研究员。研究兴趣为氢能源与燃料电池，主持国家重点研发计划青年项目、国家自然科学基金重点项目等。近年成果发表在PNAS，J. Am. Chem. Soc., Joule, Nature Commun.，Angew. Chem. Int. Ed.，Energy. Environ. Sci.等。获省部级奖励两次，20多次受邀参加国内外学术会议做邀请报告或担任分会主席等，担任《应用化学》、《Frontiers in Chemistry》编委，《Nano Research》、《Chinese Chemical Letters》、《Chemcial Synthesis》青年编委，任“International Academy of Electrochemical Energy Science”理事、IEEE电力与能源协会中国区储能技术委员会常务理事等。近年来聚焦氢能与燃料电池低\非贵金属催化剂、关键部件、膜电极、电堆研究，在大幅度降低贵金属用量的前提下，提升了燃料电池与电解水性能，其中燃料电池在低贵金属载量下，氢空性能达1.5W/cm2;电解水低贵金属条件下性能达3A/cm2 @1.84V,均处于国际一流水平。

报告摘要：

PEM制氢水氧化过程具有高电压、腐蚀性强、动力学缓慢的特性，需使用大量贵金属来保障电解水性能。析氧催化研究中长期存在活性与稳定性间此消彼长的矛盾关系。我们聚焦此问题进行研究，以M-O键调控为主线，创制了高稳定局域M-O共价性调控新策略，首次提出通过单位点Ir-O键共价性调控触发晶格氧选择性活化，基于晶格限域效应形成的特征Mn-O-Ir-O-Mn结构基元中，O在Ir近端为共价键活化状态（Ir-O键长压缩5%）、远端则保持稳定的离子键，实现了晶格氧的选择性活化；发现了金属电荷可作为M-O键描述符定制析氧反应路径，其中，高M电荷会触发LOM机制，而M电荷适中时，催化剂中晶格氧物种能带降低并远离费米能级，使反应以AEM机理发生，并可通过调控Ru电荷精准调控O吸附性质，获得优异的催化性能；首次揭示了可变价氧化物基底调控Ir氧配位动态饱和度新机制，基于这种动态界面效应对Ir催化的原位调制，Ir/Nb2O5-x在PEM电解池电流达3A cm-2时的槽压仅为1.84 V（远超DOE指标）,电解池2000 h测试后槽压无衰减，且能连续响应波动性电压输入。