我校能源与环境工程学院、融创院李从举教授团队聚焦纳米纤维在环境能源领域中的应用，连续在《Journal of Materials Chemistry A》（IF：10.492）上发表题为“Extending cycling life of lithium–oxygen batteries based on novel catalytic nanofiber membrane and controllable screen-printed method”的文章、在《Electrochimica Acta》（IF：5.229）上发表题为“Long cycling, thermal stable, dendrites free gel polymer electrolyte for flexible lithium metal batteries”的文章和在《Catalysis Science & Technology》（IF：5.365）上发表题为“An efficient, bifunctional catalyst for lithium-oxygen batteries obtained through tuning the exterior Co2+/Co3+ ratio of CoOx on N-doped carbon nanofibers”等三篇文章，该研究得到了校引进人才基本研究经费、国家“万人计划”科技创新领军人才等项目的支持。
目前，环境和能源问题日渐凸显，化石燃料的滥用和过度使用，引发了温室效益、酸雨、雾霾等一系列问题，促进了对环境友好的能量转化和储存系统的研发。氧还原（ORR）和析氧反应（OER）是重要的可再生能源技术的核心反应过程，应用涉及到燃料电池，锂-空（氧）气电池和分解水制氢等领域。有机体系的锂-空气电池具有比容量高、原料易得、污染小、质量轻等优点，被认为是最具潜力的电动汽车储能系统之一。但是，在电池充放电过程中，基于氧还原（ORR）和氧析出（OER）的正极反应动力学过程极其缓慢，导致了电压极化大、循环稳定性差、库伦效率低、副反应多等一系列问题，严重限制了锂空气电池的实际应用。因此，设计、研制、开发具有氧还原和氧析出双重催化功能的新型、高效催化剂体系，是目前锂空气电池急需解决的关键问题之一。
纳米纤维及其电极催化剂新材料具有独特一维结构、孔隙率高、比表面积大、可修饰性强、可大规模生产等特点，有利于空气电极氧气的扩散、电解液的浸润、活性位点的增加、颗粒的分散，广泛应用于电催化、离子交换、空气过滤、水处理等领域。作为2018年中国科协发布60个重大科技难题之一，纳米纤维环境能源新材料科学问题研究、宏量化和产业化亟待攻克。李从举教授团队基于“二次催化和表界面协同作用”构想，在商用Glass Fibers电池隔膜上设计并构建了一种新型PAN纳米纤维膜自支撑的Ag/Au催化剂；另外，基于“无导电碳和大面积制备空气电极”的实验设计，通过原位负载得到Ru-rGO纳米催化剂材料，利用丝网印刷技术大面积制备Ru-rGO空气电极。以Ru-rGO为空气电极，研究了Glass Fibers/PAN/Ag/Au复合隔膜对锂空气电池的电化学性能影响。研究发现，复合隔膜显著提高循环性能和降低极化电压。分析结果表明，该复合隔膜具有电子绝缘性，既能防止电池短路，当Li2O2产物接触到Ag/Au复合催化剂时帮助电极催化分解产物，起到二次催化目的，通过复合隔膜与Ru-rGO的界面协同作用，得到高效长循环性能。鉴于其简单的制备方法和优异的性能，该复合催化隔膜不仅可应用于锂-氧气（空气）电池，也可应用于其它金属空气电池、传感器和燃料电池隔膜等，研究结果有力地促进了环境能源新材料开发与产业化。
图1 纳米纤维催化膜的基本结构及电极制备过程。
图 2 纳米纤维催化膜可能存在的催化机理解释。
文章链接：
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2018/ta/c8ta07884j#!divAbstract
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0013468619301835
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/cy/c9cy00477g#!divAbstract
