陕西理工大学在电解制氢、锂离子电池及光催化领域取得多项突破

近日，我校材料科学与工程学院于琦教授作为共同通讯作者，在Nature子刊《Nature Communications》 及材料顶刊《Advanced Functional Materials》等连续发表多项重要研究成果，涵盖了电解制氢、锂离子电池材料设计与光催化二氧化碳还原等多个能源材料前沿方向，实现了在新能源领域的重大突破。

杂多酸修饰CoFe氢氧化物阳极材料实现高效海水电解

2025年5月29日，于琦与四川大学孙旭平等合作在《Nature Communications》上发表了题为“Engineered PW₁₂-Polyoxometalate Docked Fe Sites On CoFe Hydroxide Anode For Durable Seawater Electrolysis”的研究论文。该研究针对海水电解中氯离子腐蚀与竞争反应等难题，创新性地将杂多酸选择性锚定在CoFe层状氢氧化物的Fe位点上，有效调控Co原子活性中心的电子结构，增强了OH^-吸附选择性，并抑制了Cl^-侵蚀与相关副反应。

图1 杂多酸修饰 CoFe 氢氧化物的理论计算与机理研究。

该电极在工业级电流密度（1 A cm^-2）下可稳定运行超过1300小时，在2 A cm^-2下能持续工作600小时以上，展现出显著的催化活性与耐久性。理论计算与原位表征揭示了杂多酸与Fe位点的强相互作用，可有效控制活性位点的氧析出。该工作为设计高性能、耐腐蚀的海水电解阳极提供了新思路。我校研究生周怡蕾参与相关计算工作。

文章链接：Xun He, Yongchao Yao, Min Zhang, Yilei Zhou,..., Qi Yu*, Fengming Luo*, Bo Tang* & Xuping Sun*. Engineered PW₁₂-polyoxometalate docked Fe sites on CoFe hydroxide anode for durable seawater electrolysis. Nat. Commun. 16, 5541 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-60620-9

基于噻吩的双极型共价有机框架锂离子的研究

2025年4月24日，于琦与北京科技大学姜健壮，孙婷婷等合作在《Advanced Functional Materials》上发表了题为“Thiophene-Based Bipolar-Type Covalent Organic Frameworks with Extended π-Conjugation as Superior Cathode for Lithium-Ion Batteries”的论文。设计并合成了一种具有扩展π共轭、多重氧化还原活性位点和分级孔结构的噻吩基COF材料（TT-TPDA-COF）。该材料作为锂离子电池正极在200 mA g^-1下展现出309 mA h g^-1的高比容量，在5000 mA g^-1高电流密度下仍保持182 mA h g^-1，并在5000次循环后容量保持率达84.3%，有效提高了COF基正极材料的性能。

图2 TT-TPDA-COF的高性能机理研究以及储存离子路径示意图。

通过原位/非原位实验与理论计算研究，揭示了其双离子存储机制。为开发高容量、长寿命的有机电极材料提供了新策略。我校研究生付坤参与相关计算工作。

文章链接：Qingmei Xu, Kun Fu, Zhixin Liu, Tingting Sun,* Lianbin Xu, Xu Ding, Lei Gong, Qi Yu,* and Jianzhuang Jiang*. Thiophene-Based Bipolar-Type Covalent Organic Frameworks with Extended π-Conjugation as Superior Cathode for Lithium-Ion Batteries. Advanced Functional Materials, 2506111. https://doi.org/10.1002/adfm.202506111

不对称配位调控钴原子位点实现高效光催化二氧化碳还原

2025年6月30日，于琦与北京科技大学姜健壮，孙婷婷等合作在《Advanced Functional Materials》上发表了题为“Asymmetrical Degree Engineered Carbon Dioxide Photoreduction for Single Atomic Co Sites on Polymeric Carbon Nitride”的研究论文。通过Co原子掺杂策略，在g-C₃N₄中构建了不对称配位环境的单原子位点，并创新性提出“不对称度”概念以量化配位结构。实验与理论计算表明，不对称度可显著影响Co 3d轨道在费米能级附近的态密度，进而有利于CO₂活化与*CO脱附。

图3 C₃N₄催化剂的电子性能分析及CO₂光还原反应机理示意图。

其中， B位点展现出较高的CO生成率（13236 μmol h^-1 g^-1）和选择性（93%）。该研究为理性设计高效单原子光催化剂提供了新的思路和理论依据。我校研究生杨志远参与相关计算工作。

文章链接：Tongxuan Li, Zhiyuan Yang, Qingmei Xu, Tingting Sun,* Xiaolin Ma, Tianyu Zheng, Yuhui Wang, Zhi Wang, Qiheng Li, Qi Yu,* and Jianzhuang Jiang*. Asymmetrical Degree Engineered Carbon Dioxide Photoreduction for Single Atomic Co Sites on Polymeric Carbon Nitride. Advanced Functional Materials, e11356. https://doi.org/10.1002/adfm.202511356

（文、图/ 科技处、材料学院）