学科专业：材料学

论文题目：金基双金属纳米合金的制备及其催化性能

答辩人：王佳丽

指导教师：陈福义教授

时间：2019年1月14日下午15:00

地点：友谊校区公字楼328室

一、学位论文简介

碱性阴离子交换膜燃料电池是一种环境友好、能量密度高、燃料来源广泛的新型能源转换装置，在未来汽车和可便携式电子设备等领域具有非常大的应用潜力。为了获得高比能量和高效率，开发高性能的阴极和阳极催化剂以加快氧还原反应和燃料氧化反应速率是极其重要的。目前的电极催化材料主要依赖于稀有贵金属铂和提高分散性的碳基材料载体，然而金属铂昂贵的成本、低的地球储量以及碳材料在工况下腐蚀等问题严重阻碍了碱性阴离子交换膜燃料电池的大规模商业化进程。因此，开发高活性和高稳定性的多功能催化剂以替代铂基材料势在必行。本论文工作在无碳(Carbon-free)载体情况下，创新性地设计了多种制备方法成功合成了具有独特结构形貌的Au基双金属纳米合金结构，对其氧还原反应(ORR)、硼氢化钠氧化(BOR)、乙二醇氧化和葡萄糖氧化等重要的燃料电池电极反应进行了系统的研究，并深入地揭示了不同催化剂性质提高的内在机理，为设计新一代非铂基催化剂提供了重要的理论和实验依据。论文取得的主要创新与贡献如下：

（1）采用恒电位沉积结合电化学去合金方法，成功制备了具有发达二次枝晶结构的双金属AuNi纳米枝晶催化剂。该催化剂在碱性条件下的ORR性能显著优于商业Pt/C催化剂，在替代昂贵Pt基催化剂方面展现出巨大的应用潜力。

（2）国际上首次开发了一种普适性的去合金化纳米合金的一步电化学制备方法，与传统去合金法相比，该一步法大大简化了制备过程，并且避免了强腐蚀性溶液的使用，充分发展了去合金方法在电催化领域的应用。采用一步法制备的AuNi纳米枝晶表现出显著优于商业Pt/C催化剂的ORR活性、稳定性和耐甲醇性，甚至优于传统方法制备的去合金AuNi纳米枝晶催化剂。

（3）采用室温快速化学还原法成功制备了一系列成分精确可控的AuCu纳米海绵催化剂。揭示了AuCu纳米合金催化剂的ORR和BOR电催化活性随d带中心或Cu含量变化的“火山图”关系，提出AuCu合金体系获得最优催化活性的d带中心上移值是0.24 eV。

（4）首次发现AuAg纳米海绵在合金化后明显的电子结构变化，进一步扩大了电子结构效应对AuAg合金体系电催化性能的调控作用。

二、攻读博士学位期间以第一作者发表的与学位论文相关的学术论文

[1]Jiali Wang, Fuyi Chen, Yachao Jin, Roy L. Johnston. Highly Active and Stable Auni Dendrites as an Electrocatalyst for the Oxygen Reduction Reaction in Alkaline Media. J. Mater. Chem. A.2016,4(45):17828-17837. (SCI: 000388504800029) IF=9.931

[2]Jiali Wang, Fuyi Chen, Yachao Jin, Yimin Lei, Roy L. Johnston. One‐Pot Synthesis of Dealloyed Auni Nanodendrite as a Bifunctional Electrocatalyst for Oxygen Reduction and Borohydride Oxidation Reaction. Adv. Funct. Mater.2017,27(23),1700260. (SCI:000403452300006) IF=13.325

[3]Jiali Wang, Fuyi Chen, Yachao Jin, Yimin Lei. Dilute Au-Containing Ag Nanosponges as a Highly Active and Durable Electrocatalyst for Oxygen Reduction and Alcohol Oxidation Reactions. ACS Appl. Mater. Interfaces.2018,10(7):6276-6287. (SCI: 000426143900025) IF=8.097

[4]Jiali Wang, Fuyi Chen, Yachao. Jin, Roy L. Johnston. Gold–Copper Aerogels with Intriguing Surface Electronic Modulation as Highly Active and Stable Electrocatalysts for Oxygen Reduction and Borohydride Oxidation. ChemSusChem.2018,11(8):1354-1364. (SCI: 000430914600012) IF=7.411