本网讯（通讯员 肖润石）近期，我校材料与工程学院新能源材料与器件系学子针对“利用可再生能源进行电解水制氢”领域存在的关键问题开展了深入的研究工作，发表了系列高水平研究成果。
氢能是一种清洁、低碳、灵活、高效、来源广泛且具有多元应用的能源形式，在我国的经济社会发展和能源绿色低碳转型中扮演着重要的角色。发展氢能既可以突破可再生能源并网消纳的瓶颈，加速可再生能源的开发和利用，又可以替代传统的化石能源如煤炭和石油，减少对化石燃料和传统油气资源的依赖，提高国家能源的自给率和安全性。目前，利用可再生能源进行电解水制氢是众多氢气生产方案中碳排放最低的工艺。
针对工业化大电流电解水制氢系统存在的问题，研究团队提出了一种新的活性位点调节策略。通过精确调控活性位点处原子的配位环境及电子构型，成功实现了在析氢反应过程中产生安培级电流密度，并能够长时间稳定运行。理论计算结果表明，这种复合结构加速了氢气从活性位点释放的过程，证实了其适用于大电流制氢的特性。这一研究成果将有效推动高性价比的工业级制氢电催化剂的开发。研究结果以题为《Tailoring the Mo-N/Mo-O configuration in MoO2/Mo2N heterostructure for ampere-level current density hydrogen production》的论文发表在Applied Catalysis B: Environmental期刊上。该期刊为催化领域一区TOP期刊，影响因子为22.1，我校等离子体化学与新材料湖北省重点实验室和磷资源开发利用教育部工程研究中心为论文第一单位，2021级硕士生冯帅为论文的第一作者，彭祥博士为唯一通讯作者。
光电化学（PEC）制氢技术可以利用太阳能来进一步降低传统电解水高的过电势，然而大多数光电催化材料的光电转换效率仍然较低，限制了其在实际应用中的可行性。非富勒烯受体是有机光伏电池的重要组成部分，由于其优异的光电转换效率而备受关注。在这项研究中，研究者选择了一种典型的非富勒烯材料Y6，实现了较高的光催化电流响应，同时利用其有机单元的化学反应选择性，创新性的制备了一种用于脲酶活性评价的传感器。该研究成果以题为《Selective Chemical Reactivity of Non-Fullerene Acceptor for Photoelectrochemical Bioassay of Urease Activity》发表在材料领域国际著名期刊Advanced Functional Materials上，影响因子为19.0，2021级硕士生肖润石为论文第一作者，胡六永博士为通讯作者。
为了提高非贵金属电催化剂的析氢反应活性和动力学过程，研究团队采用原位相分离技术构筑了过渡金属硒化物复合异质结构。通过调节相分离过程，精确调控了金属原子之间的相互作用以及它们的化学态，优化电解水过程中水分子的吸附和脱附行为，从而实现了高效的电解水制氢，为非贵金属电催化剂在高效析氢反应中的应用提供了新思路。该研究结果以《Synergistic dual-regulating the electronic structure of NiMo selenides composite for highly efficient hydrogen evolution reaction》为题，发表在能源与燃料领域一区TOP期刊Fuel上，影响因子为7.4。2021级硕士生李荣为论文的第一作者，彭祥博士为唯一通讯作者。
受到铁制品易氧化的生活常识的启发，研究团队提出了一种新的思路，将析氢反应与废铁升级氧化反应耦联起来，以实现超低能耗的电解水制氢。这种电解水制氢方案在槽电压和能耗方面均突破了常规电解水制氢系统的理论极限，为实现超低能耗电解水制氢提供了新途径。研究结果以题为《Ultralow-voltage hydrogen production and simultaneous Rhodamine B beneficiation in neutral wastewater》的论文发表在国际知名期刊Journal of Energy Chemistry上。该期刊是中国科学系列一区TOP期刊，入选了中国科技期刊卓越行动计划“重点期刊”项目，影响因子为13.1，彭祥博士为论文第一作者，2020级硕士生谢松（现为2023级博士生）为第二作者。
催化剂材料的相结构对其催化性能具有重要影响。研究团队运用异相结工程策略构建了由正交相和立方相过渡金属硒化物组成的异相结电催化剂，并对硒化物相转变过程及其机制进行了探究。理论计算结果表明，异相结优化了反应中间产物的吸附行为，并加速了电催化过程中的电荷转移，实现了高效且长寿命大电流电解水制氢。该研究结果以《Heterophase junction engineering induced Co spin-state modulation of CoSe2 for large-current hydrogen evolution reaction》为题，发表于国产一区TOP期刊Rare Metals上，该期刊入选中国科技期刊卓越行动计划，影响因子为8.8。2021级硕士生徐宝钗为论文第一作者，彭祥博士为唯一通讯作者。
电解水制氢过程中阳极析氧反应是制约整体反应动力学的决速步骤，降低阳极析氧反应的势垒是实现低能耗制氢的关键。研究团队通过共沉淀法和一步热处理法在普鲁士蓝中引入了C≡N缺陷位点。通过调节热处理过程，精确地调节的C≡N缺陷位点的含量，从而调控了活性位点的化学态，该催化剂在阳极析氧反应表现出了极高的催化活性和稳定性。该研究结果以《C≡N vacancy engineering of Prussian blue analogs for the advanced oxygen evolution reaction》为题，发表在国际知名期刊Journal of Environmental Chemical Engineering上，影响因子为7.7。2020级硕士生邓文浩为论文第一作者，彭祥博士为唯一通讯作者。
新能源材料与器件研究团队在深入开展研究工作的同时，还密切关注本领域的研究进展，在高水平期刊发表综述论文，阐述他们对本领域前沿科学问题的认识和理解。基于对廉价过渡金属析氢反应电催化剂的电子结构工程的认识，该团队综述了近几年关于电子结构对电催化活性的影响机理的相关研究工作，并讨论了通过掺杂、空位、异质结构、应变和相工程等策略来优化电催化剂性能的方法，该综述对于理解和优化电催化剂的设计具有重要指导意义。这篇综述论文以题为《Electronic structural engineering of transition metal-based electrocatalysts for the hydrogen evolution reaction》的形式发表在国际知名期刊Nano Energy上。该期刊是能源材料领域一区TOP期刊，影响因子为17.6，熊礼威教授为论文第一作者，2021级硕士生邱云帆为第二作者，彭祥博士为通讯作者。
受期刊主编的邀请，新能源材料与器件研究团队进一步总结了基于金属-有机框架材料的酸性析氧反应催化剂的研究进展。与传统的碱性电解水相比，酸性电解水技术具有大电流密度、低欧姆电阻以及高的氢气纯度等优势，然而该技术受限于高稳定性和高活性酸性析氧反应电催化剂的发展。基于此，本文综述了基于金属-有机框架材料的酸性析氧反应电催化剂的相关研究工作，并对该类催化剂的发展前景和挑战进行了探讨。这篇综述论文以题为《Metal–organic framework-based electrocatalysts for acidic oxygen evolution reaction》的形式发表在国际知名期刊Trends in Chemistry (Cell 子刊)上。该期刊是化学领域一区TOP期刊，影响因子为15.7，胡六永博士为论文第一作者，2021级硕士生肖润石为第二作者。
氢气的密度小、液化温度低以及储运困难和安全性差等问题一直是制约氢能产业发展的主要瓶颈。为了解决这些问题，氢氨融合技术成为了国际清洁能源领域的前瞻性、颠覆性和战略性技术发展方向。在这一背景下，采用电化学还原技术将废弃的硝酸盐污染物转化为氨成为一条重要的合成氨路径。研究团队综述了近年来在电化学合成氨领域中，单原子、单金属、双金属、化合物和异质结等多种催化剂的应用。论文从多个角度、多个层次阐述了这些催化剂在电化学还原硝酸盐合成氨技术中的机理及应用，为解决废弃硝酸盐污染物问题以及氢氨融合技术的推广应用提供了有益的指导。这篇综述论文以题为《Electrochemical reduction of nitrate to ammonia using non-precious metal-based catalysts》的形式发表在化学领域国际知名期刊Coordination Chemistry Reviews上。该期刊为中科院一区TOP期刊，影响因子为20.6，我校等离子体化学与新材料湖北省重点实验室和磷资源开发利用教育部工程研究中心为论文第一单位，2021级硕士生徐宝钗为论文第一作者，彭祥博士为通讯作者。
据悉，我校新能源材料与器件系成立于2019年，已组建9人的青年教师团队，全部具有博士学位，4人具有海外留学经历，4人次入选湖北省组织部/教育厅有关人才计划，2人入选2023年度“全球前2%顶尖科学家榜单”。依托我校材料科学与工程学院，立足于化学、材料学、工程学、生物学等多学科交叉领域，在光能利用与减污降碳领域科技创新方面已取得系列成果。承担国家级科研项目9项（包括1项国家重点研发计划“变革性技术”课题）、湖北省重点研发计划和湖北省自然科学基金项目7项；团队成员以第一/通讯作者在Natl. Sci. Rev.（中国科技期刊卓越行动计划领军期刊）、J. Energy Chem.（中国科技期刊卓越行动计划重点期刊）、J. Mater. Sci. Technol.（中国科技期刊卓越行动计划重点期刊）、CCS Chem.（中国化学会旗舰新刊）、Coordin. Chem. Rev.、Adv. Mater.、Adv. Funct. Mater.、Angew. Chem. Int. Ed.、ACS Energy Lett.、ACS Nano、Appl. Catal. B、Nano Energy等中科院一区TOP期刊发表论文70余篇，其中IF > 10的50余篇、IF > 20的10余篇、ESI热点论文1篇、高被引论文7篇。在Journal of Chemical Education期刊发表教学相关论文2篇。
在学生培养方面，新能源材料与器件系致力于培养具有优秀科研素质、创新思想、突破精神的新能源材料与器件及相关领域人才。近年来，已有8名学生获得国家奖学金，主持第十六期校长基金项目8项并全部顺利结题，获批大学生创新创业大赛项目省级立项2项，完成“互联网+乡村公益”项目1项并取得校级铜奖，获2023年“建行杯”第十六届全国大学生节能减排社会实践与科技竞赛三等奖、第十八届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛“黑科技”专项赛卫星级奖、湖北省第十四届“挑战杯·中国银行”大学生课外学术科技作品竞赛二等奖等奖项。（审稿 王涛）
