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11号展品-ZIF-67@MXene复合材料

一、参赛作品概述

展品名称:ZIF-67@MXene复合材料

材料类别:复合材料

创作者名称:梁兴游

所属学校:大连理工大学

参赛论文:A two-dimensional MXene-supported metal-organic framework for highly selective ambient electrocatalytic nitrogen reduction

二、展品简介

1、展品简介/创新点:由于Co-MOF(ZIF-67)的导电性较差,直接利用其作为高效的NRR电催化剂仍然面临挑战。通过引入二维MXene材料作为导电载体,可以通过改变负载催化剂活性中心的亲电性,进而有效提高复合材料的电催化性能。

2、性质:负载在二维MXene表面上的具有菱形十二面体的ZIF-67复合催化剂氮还原性能显著优于纯的ZIF-67与MXene。

3、展品应用领域:氮还原(NRR)、氧析出(OER)等电催化领域。

4、展品参数:

 

中文名

ZIF-67@MXene复合材料

英文名

ZIF-67@MXene composite

简称

ZIF-67@MX

   

展品性状

固体粉末

起始电位

-0.25 V vs. RHE

氨产率

6.52 μmol h−1 cm−2

法拉第效率

20.2%

三、科研笔记

MXenes的探索之路

从小便憧憬科研这样一个领域,觉得很神秘很抽象。进入研究生阶段算是真正开始了自己的科研之路。经过了两年的沉淀,我目前以学生第一作者发表了7SCI论文,包括影响因子达到28.905Electrochemical Energy Reviews与影响因子18.808Advanced Functional Materials等顶级期刊。此外,以学生第一作者在投论文4篇,学生第一作者申请发明专利1项,撰写国际学术专著1章。以下是我在攻读硕士研究生期间的科研故事,很高兴能借助奇材馆这个平台分享给大家。

我的研究课题是电催化还原氮气合成氨,其实真正进行课题实验部分是在研二。在研一期间,我初识了这种二维过渡金属碳化物和氮化物材料——MXenes,导师刘安敏副教授给我布置了一篇二维MXenes在电催化领域应用的综述,同时也包括我自己的课题。万事开头难,作为科研的开端,确实有点无从下手。于是,我按照文献归类的方法搜集整理了大量MXenes应用于电催化的资料,这些文献使我对MXenes材料有了更深的了解,并且在导师和师姐们的帮助下搭建好了综述的结构,历经3-4个月的时间完成了初稿。接着,在无数次的修改下成功被Advanced Functional Materials接收,非常开心我的工作得到了认可。后来,我又撰写了国际学术专著的1个章节和第二篇综述,两个都是二维MXenes材料在储能领域的应用。在拥有了撰写第一综述的经验基础上,这两篇并没有花费很长时间,并且第二篇综述成功被Electrochemical Energy Reviews接收。这些工作使我对MXenes材料有了更深的理解,为后续的实验工作奠定了基础。

1 a)二维MXene在电催化领域的应用示意图;(b)二维MXene在锂离子电池和钠离子电池中的应用示意图;(cMXene及其复合材料在金属硫电池和金属空气电池中的应用

在实验过程中,考虑到电化学氮还原反应过程中面临着N2吸附动力学差,惰性N≡N三键难以断裂,以及容易发生竞争性析氢反应(HER)等一系列挑战,这就需要探寻和开发高性能的电催化剂,以期能进一步提升NRR活性和选择性。经过文献调研,我首先锁定了ZIF-67这种材料,通过测试之后发现该材料的导电性较差,得到的氨产率和法拉第效率也不佳。考虑到其较差的导电性,我首先将ZIF-67与具有高导电性和高活性的二维MXene复合制备了ZIF-67@MXene复合材料。接着,进行了一系列电化学测试,发现氮还原性能得到了很大的提升,同时也具有很好的稳定性。总体来说,我的实验思路比较明确,遇到问题及时与导师解决,希望能在该领域做一些更加深入的研究。

2 ZIF-67@MXene复合材料进行电化学合成氨的示意图

最后,我想分享的是做科研切勿急功近利。做科研要有明确的思路,逻辑与表述在前,内容和亮点在后。不要把它当做是一个任务,要把它看做是体现自己人生价值的平台。学会坚持,放弃就等同于彻底失败,坚持就预示着最后的成功。

 

 

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