近期，我校材料科學(xué)與工程學(xué)院楊娟教授團隊科研工作取得新進展,，論文先后發(fā)表于國際著名期刊Nature Communications和Advanced Functional Materials,。
綠氨是一種無碳燃料，相對氫更容易液化,、運輸和儲存,，產(chǎn)業(yè)鏈成熟，且比氫更不易燃,，安全性高,。綠氨直接供于燃料電池進行發(fā)電的產(chǎn)物是水和氮，不會造成碳排放,，氫能產(chǎn)業(yè)正在向氨方向發(fā)展,。
楊娟教授、李毅博士,，美國佛吉尼亞理工大學(xué)辛洪良教授,、紐約州立大學(xué)布法羅分校武剛教授對直接氨燃料電池陽極氨氧化電催化劑的合作研究成果Interpretable design of Ir-free trimetallic electrocatalysts for ammonia oxidation with graph neutral networks發(fā)表在Nature Communications上。
楊娟團隊利用機器學(xué)習(xí)預(yù)測篩選和實驗制備驗證,，成功合成Pt3Ru-M (M: Fe, Co或Ni)合金催化劑,，其表現(xiàn)出比Pt, Pt3Ir和Pt3Ru更優(yōu)異的氨氧化催化性能，工作中采用從頭算數(shù)據(jù)訓(xùn)練的圖形神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算方法,，結(jié)合可解釋的深度學(xué)習(xí)模型,，揭示氨氧化活性的關(guān)鍵描述符，即前線軌道的吸附質(zhì)共振能,，提出比傳統(tǒng)d帶中心更優(yōu)的高性能催化劑設(shè)計策略,。
直接氨燃料電池陰極發(fā)生四電子的氧還原反應(yīng)，雖動力學(xué)比陽極快,，但工況下不可避免會遭受由陽極通過陰離子交換膜穿梭到陰極的氨干擾,，因氨氧化和氧還原在相同電位區(qū)間內(nèi)會在催化劑表面同時發(fā)生而導(dǎo)致電流損耗和全器件性能下降。楊娟團隊青年教師孫中體教授和李毅博士,、南京大學(xué)物理學(xué)院王冰教授開展合作,，基于原子級分散的M-N-C (M = Fe, Co或Mn)氧還原催化劑，通過系統(tǒng)的實驗和理論研究證明,，該類催化劑可在氧還原工況下耐受氨干擾，而經(jīng)典的碳負載鉑催化劑則會吸附氨而發(fā)生不可逆活性損失,。近日,，研究成果Ammonia tolerance of atomically dispersed single metal site catalysts: Mechanistic understanding and high-performance oxygen reduction electrocatalysis為題發(fā)表在Advanced Functional Materials上。團隊博士研究生武子瑞為該論文的第一作者,。
以上探索性工作的開展都有助于推動直接氨燃料電池的發(fā)展,。研究工作得到了國家自然科學(xué)基金、江蘇省自然科學(xué)基金、中國博士后科學(xué)基金等項目資助,。（材料學(xué)院）
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41467-023-36322-5
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202301084
