教学科研
【南林新闻中心讯】近日,我校化学工程学院、林产化学与材料国际创新高地蒋剑春院士团队在国际材料领域顶级期刊《Nature Communications》(中文《自然通讯》)上发表题为“Electrochemically synthesized H2O2 at industrial-level current densities enabled by in situ fabricated few-layer boron nanosheets”的研究性论文。(链接https://doi.org/10.1038/s41467-024-55071-7)南京林业大学为本研究的第一完成单位。我校范孟孟副教授,蒋剑春院士和辛辛那提大学邬静杰教授,奥克兰大学王子运教授为通讯作者;吴雨寒(我校博士研究生)、赵钰莹(林化所博士研究生,现在齐鲁工业大学任职)为论文第一作者。该成果得到国家重点研发项目、国家自然科学基金面上项目和南京林业大学标志性成果培育项目等项目的资助。
过氧化氢(H2O2)是当今化学工业,特别是造纸工业中不可或缺的氧化剂。近年来,由于在能源效率、生产成本和环境友好方面的优势,电催化两电子氧还原反应(2e- ORR)已成为一种非常有前途的H2O2合成方法。电化学H2O2合成也可以解决高浓度H2O2在储存和运输方面的安全问题。碳基催化剂是一种有效的2e- ORR催化剂,虽然,该类催化剂在实验室条件下可以表现出良好的催化性能,但是,在工业级电流密度下,通常表现出较差的耐久性。因此,开发出一种可以在大电流密度下持续稳定的碳基催化剂,对于电化学合成H2O2的实际应用至关重要。
我校化学工程学院、林产化学与材料创新高地蒋剑春院士团队,在大量前期研究基础之上,提出一种“自下而上”合成策略,用于原位制备少层硼纳米片负载的生物质碳基催化剂。研究表明,在2e- ORR过程中,硼纳米片表面的含氧官能团调节*OOH的吸附强度,从而抑制*OOH过渡被还原成H2O,提高H2O2选择性和合成速率。该催化剂表现出高活性,高选择性和优异的稳定性,可在流动池中,以300 mA cm-2的电流密度下,运行140小时。另外,团队也设计了一种利用原位合成H2O2降解木质素黑液的应用模型,并成功获得芳香族化合物。因此,该研究构建了一类高效生物质碳基催化剂,同时设计了一种原位降解造纸黑液的新途径。