近期，我校材料科學(xué)與工程學(xué)院楊娟教授團(tuán)隊(duì)科研工作取得新進(jìn)展，論文先后發(fā)表于國(guó)際著名期刊Nature Communications和Advanced Functional Materials。
綠氨是一種無(wú)碳燃料，相對(duì)氫更容易液化、運(yùn)輸和儲(chǔ)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(jìn)行發(fā)電的產(chǎn)物是水和氮，不會(huì)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(guó)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(duì)直接氨燃料電池陽(yáng)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(tuán)隊(duì)利用機(jī)器學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)篩選和實(shí)驗(yàn)制備驗(yàn)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(jì)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(xiàn)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(jì)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(dòng)力學(xué)比陽(yáng)極快，但工況下不可避免會(huì)遭受由陽(yáng)極通過(guò)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(huì)在催化劑表面同時(shí)發(fā)生而導(dǎo)致電流損耗和全器件性能下降。楊娟團(tuán)隊(duì)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(kāi)展合作，基于原子級(jí)分散的M-N-C (M = Fe, Co或Mn)氧還原催化劑，通過(guò)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)和理論研究證明，該類(lèi)催化劑可在氧還原工況下耐受氨干擾，而經(jīng)典的碳負(fù)載鉑催化劑則會(huì)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A(yíng)dvanced Functional Materials上。團(tuán)隊(duì)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(kāi)展都有助于推動(dòng)直接氨燃料電池的發(fā)展。研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、江蘇省自然科學(xué)基金、中國(guó)博士后科學(xué)基金等項(xiàng)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
