近日，東華大學紡織科技創(chuàng)新中心俞建勇院士及丁彬研究員帶領的納米纖維研究團隊在納米纖維異質結的界面設計及高效電催化室溫固氮領域的研究取得重要進展，相關成果以“碳納米鍍CoS@TiO2納米纖維膜：界面工程化異質結實現(xiàn)高效電催化固氮”（Carbon-Nanoplated CoS@TiO2 Nanofibrous Membrane: An Interface-Engineered Heterojunction for High-Efficiency Electrocatalytic Nitrogen Reduction, DOI: 10.1002/anie.201908415）為題，發(fā)表在化學領域的著名期刊《德國應用化學》（Angewandte Chemie International Edition）上。該論文第一作者為紡織科技創(chuàng)新中心劉一濤研究員，通訊作者為丁彬研究員。
合成氨工業(yè)關系到人類“衣食住行”的方方面面——它奠定了現(xiàn)代化肥、醫(yī)藥、橡膠、樹脂、染料等化工產(chǎn)業(yè)的基礎，因此在國民經(jīng)濟中占有重要的地位。當前，合成氨工業(yè)依賴高溫高壓（350-550°C,150-350atm）進行反應，其能耗占世界年均能源總消耗的1-2%，二氧化碳的排放占世界年均溫室氣體總排放的1.5%，能耗高、污染大。從環(huán)境和經(jīng)濟的角度來說，探索綠色、安全、能耗低的電催化室溫固氮新途徑既是巨大的挑戰(zhàn)，也是難得的機遇。然而現(xiàn)有電催化劑的界面載流子遷移率低，因此催化活性差、法拉第效率低，為電催化室溫固氮的實際應用設置了障礙。
面向這一挑戰(zhàn)，研究團隊通過界面工程策略構筑了一種新型的碳納米鍍CoS@TiO2納米纖維異質結。通過配位驅動的外延生長，CoS納米片與TiO2納米纖維在界面處發(fā)生緊密耦合，有利于兩者間載流子的快速傳輸，從而顯著提升界面反應動力學。與惰性基體如石墨烯不同，TiO2納米纖維作為一種活性基體可以參與到電催化反應中形成協(xié)同效應。通過碳納米鍍進一步提升CoS@TiO2納米纖維異質結的電導率及結構穩(wěn)定性，從而構筑出高效的自支撐電催化劑。所制備的碳納米鍍CoS@TiO2納米纖維異質結具有優(yōu)異的氨產(chǎn)率（8.09×10–10mol s–1cm–2）和法拉第效率（28.6%），為開發(fā)高效的室溫固氮催化劑提供了新思路。
研究成果得到了國家自然科學基金、上海市自然科學基金、紡織面料教育部重點實驗室基地建設項目的大力資助。
論文鏈接：https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/anie.201912733
