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  近日，東華大學(xué)紡織科技創(chuàng)新中心俞建勇院士及丁彬研究員帶領(lǐng)的納米纖維研究團(tuán)隊(duì)在納米纖維異質(zhì)結(jié)的界面設(shè)計(jì)及高效電催化室溫固氮領(lǐng)域的研究取得重要進(jìn)展，相關(guān)成果以“碳納米鍍CoS@TiO₂納米纖維膜：界面工程化異質(zhì)結(jié)實(shí)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(xué)領(lǐng)域的著名期刊《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》（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(guān)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(chǔ)，因此在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要的地位。當(dāng)前，合成氨工業(yè)依賴高溫高壓（350-550°C,150-350atm）進(jìn)行反應(yīng)，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(jì)的角度來(lái)說(shuō)，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(jī)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(shí)際應(yīng)用設(shè)置了障礙。

  面向這一挑戰(zhàn)，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)界面工程策略構(gòu)筑了一種新型的碳納米鍍CoS@TiO₂納米纖維異質(zhì)結(jié)。通過(guò)配位驅(qū)動(dòng)的外延生長(zhǎng)，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(yīng)動(dòng)力學(xué)。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(yīng)中形成協(xié)同效應(yīng)。通過(guò)碳納米鍍進(jìn)一步提升CoS@TiO₂納米纖維異質(zhì)結(jié)的電導(dǎo)率及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，從而構(gòu)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(zhì)結(jié)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(guó)家自然科學(xué)基金、上海市自然科學(xué)基金、紡織面料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基地建設(shè)項(xiàng)目的大力資助。

  論文鏈接：https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/anie.201912733