【编者按】

为进一步培养我校研究生创新能力，提高研究生综合素质，促进学校研究生教育内涵发展，特推出“优博风采”专栏，邀请校级及以上优秀博士学位论文获得者分享科研历程与学术体会、展示创新成果与学位论文等，旨在激励我校研究生秉持“不息为体，日新为道”校训精神，潜心研究、锐意创新。

本期专访人物：材料科学与工程学科博士研究生 李善霖

所获奖励名称：2023年北京工业大学优秀博士学位论文

【眼盛星河 心向远方】

六年硕博连读学习是我人生中最宝贵的一段经历，回首漫漫研途，体会有以下四点：（1）明确的目标，深入调研文献，发现科学问题；（2）必要的投入，包括时间和心思，学会独立思考；（3）高效的沟通，与导师、合作者保持沟通，及时推进课题；（4）强健的行动力，拒绝拖延症。

【博士论文介绍】

论文中文题目：镍基结晶-非晶复合电催化剂的重构及其性能研究

论文英文题目：RECONSTRUCTION AND PERFORMANCE STUDY OF NICKEL-BASED CRYSTALLINE-AMORPHOUS COMPOSITE ELECTROCATALYSTS

作 者：李善霖

指导教师：刘丹敏 研究员

培养单位：材料与制造学部

学 科：材料科学与工程

论文主要贡献及创新点

本学位论文面向双碳目标下清洁能源开发的战略需求，针对电解水制氢、硝酸根还原制氨等电催化器件中阳极析氧反应(OER)过电位高、能耗大的问题，从开发高效的OER催化剂、寻找OER替换反应两个方面展开，系统研究了结晶-非晶复合电催化剂的重构和催化机制，并进行了应用探索。论文的主要贡献及创新点如下：

1.原位生长和结构设计增强OER催化性能，降低OER电位。钙钛矿氢氧化物原位生长在泡沫铜表面，实现了催化剂与导电基底的复合，解决了钙钛矿氢氧化物导电性差的问题，显著提升了SnFeNi钙钛矿氢氧化物的OER性能。进一步优化催化剂的微观结构，低温磷化将钙钛矿氢氧化物转化为了具有结晶-非晶复合结构的微晶玻璃(Ni1.5Sn@triMPO4)。实验和理论计算表明：Sn和P溶解加速微晶玻璃表面重构为含氧空位(VO)和磷酸根(PO4)吸附的Ni(Fe)OOH-VO-PO4活性层；并揭示了氧空位和残留的磷酸根对Ni电子结构的调整和含氧中间体吸附的优化机制。

图1 微晶玻璃催化剂的重构及其OER机理示意

2.重构诱导的含氧阴离子调控镍位点的配位环境，提升甲醇氧化反应(MOR)性能。采用电化学重构的方法，构建了结晶-非晶核壳型复合结构，非晶由不同氧阴离子配位的羟基氧化镍组成(NiOOH-TOx，T=P，S，Se)。其中POx调控的NiPx-R具有最佳的MOR性能。原位表征及理论计算揭示了含氧阴离子显著调节Ni位点的配位环境，改变Ni电子的d带中心和Ni-O共价程度，优化Ni位点对OH和甲醇的吸附，进而影响MOR整体性能。

图2含氧阴离子优化配位环境促进MOR

3．利用重构获得高活性的硝酸根还原反应(NO3RR)和甘油氧化反应(GOR)催化位点，GOR替代OER降低NO3RR制氨器件的电位。在NO3RR中，结晶的c-Cu2(OH)3(NO3)相原位重构为高活性的结晶Cu相，非晶的a-Ni(OH)2无显著变化。NiCu-OH衍生的氧化物NiCuO在GOR中，NiO相重构为NiOOH作为GOR活性位点，CuO相有部分氧化溶解。重构诱导的R-NiCu-OH和R-NiCuO分别在NO3RR和GOR中表现出较单一相有更好的催化活性。与传统器件相比，GOR耦合NO3RR器件在100 mA cm-2的电流密度下，电位降低285 mV，实现了氨和甲酸盐两种高附加值的化学品的连续合成。

图3 重构的NiCu催化剂构建电化学精炼制氨器件

【博士期间代表性科研成果】

【与导师合影】

（图文：李善霖；编辑：胡春瀛；审核：高春娣、韩红桂）