【为学故事】钒原子反转析氢活性位点实现高效水分解
为鼓励研究生学术创新和产出高水平学术成果，培养拔尖创新人才，学校设立了“研究生高水平学术创新项目”。项目实施以来，在各院系通力配合和研究生导师精心指导下，多名研究生取得了优异成绩和创新性成果。为此，研究生院推出【为学故事】系列报道，介绍2023年度“研究生高水平学术创新项目”优秀研究生及其科研工作，以期在广大研究生之中，倡导严谨笃学、求实求新之精神，培育勤勉致知、善学进取之学风。
孟宪斌 （化学系材料与化工硕士研究生）
指导教师：林雨青
科研感言：越努力越幸运
电催化整体水分解(OWS)是最有希望以化学燃料形式存储间歇性太阳能和风能的解决方案之一，涉及两个半反应：析氢反应(HER)和析氧反应(OER)，开发能够提高电解水效率和降低能耗的双功能HER和OER电催化剂至关重要。然而，由于含氢和含氧中间体的催化机制明显不同，设计同时具有两种催化活性的位点是非常困难的。我的研究方向就是通过优化位点与中间体的相互作用进而提高催化剂的性能。
在研究生高水平学术创新项目资金支持下，我在课题组前期研究的基础之上，提出了引入异核原子翻转活性位点的调控策略。我们发现，引入V原子可以调控N原子的pz中心，将HER活性位点由Fe位点翻转到N位点，同时增强Fe位点的OER活性，在阴阳两极实现高效水分解。我们的研究可以从原子尺度加深对双功能催化剂设计和催化过程的理解，并可以指导科研人员通过活性位点的工程设计进一步提高电催化剂的性能。相关研究成果已整理成论文"Neighboring V Atom as a Catalytic Switch: Reversing the Active Site for Exceptional Water Splitting"，在Applied Catalysis B: Environment and Energy上发表。
图1 通过相邻V原子翻转/增强 Fe/N 位点活性原理示意图
后续我们将基于位点与反应中间体的相互作用，进一步研究高活性和高选择性的电催化剂设计与优化策略，为中国早日实现“碳达峰”和“碳中和”战略目标提供有价值的科研支撑。
