本实验室的研究方向是洁净能源电化学转化,主要开展燃料电池相关基础研究。我们的工作涵盖“计算-材料-催化-器件”4个方面:“计算”方面包括基于密度泛函计算的催化剂设计,介观尺度材料与过程的分子模拟;“材料”方面的研究包括新型纳米电催化剂(低铂与非铂),碱性聚合物电解质,新型储能材料;“催化”方面主要是关键电化学反应的原位谱学研究(红外、质谱等),模型催化剂与分子电催化;“器件”研究是针对实际应用,发展完全不使用贵金属的燃料电池,以及新概念电化学能量转化与储存技术。

        经过十多年的积累,本实验室在两个方面形成突出的研究特色:(1) 碱性聚合物电解质研究;(2) 计算与实验相结合的电催化研究。自2000年我们在国际上率先开展碱性聚合物电解质燃料电池(APEFC)研究以来,我们一直是这一研究方向的领导者。研究成果相继发表在PNASAdv. Funct. Mater.Acc. Chem. Res.等重要刊物上,在国际上享有很高的知名度。相关技术已获得中国和美国发明专利。由于APEFC可彻底摆脱贵金属催化剂,使燃料电池真正实现普及应用,最近十年APEFC已成为国际上燃料电池研究的一个热点,庄林教授常受邀在国际会议和论坛上作主题报告和邀请报告。

        在计算与实验相结合的电催化研究方面,我们一直致力于发展燃料电池催化剂的理性研究构架,“理论计算-模型评估-可控制备”紧密结合。我们的研究侧重对催化剂构效关系的理解,根据理论计算的指导,从配体效应、晶格变形效应、表面态效应等方面调控催化剂的表面电子性质,可控地实现催化活性的提升,而不是碰运气地炒菜式的盲目尝试。除了电化学与红外光谱、质谱、扫描探针显微等方法联用的实验研究,我们在理论研究方面建立了固体表面局域软度分析、化学振幅等定性和定量方法,其中一些是具有原始创新性的。这方面的研究成果相继发表在JACSAngew. Chem.等重要期刊上。

 
 
Electrocatalysis
 
  • In-situ spectroscopic studies (FTIR, DEMS)
  • Multicomponent model catalyst
  • Molecular electrocatalysis
   
Electrochemical material
 
  • Alkaline polymer electrolyte
  • Nonprecious metal catalyst
  • New material for electrochemical energy storage
   
Computational study
 
  • DFT calculations for catalyst design
  • Mesoscale MD simulation for polyelectrolyte
  • Theoretical study of solid surface reactivity
   
Device & technique
 
  • Alkaline polymer electrolyte fuel cell
  • Alkaline polymer electrolyte water electrolysis
  • Photoelectrochemical energy convertor
     
Address: Room 306, North Building, Chemistry Department, Wuhan University, Wuhan, 430072, China
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