上海交大劉攀課題組：在氣相脫合金機理及應用中取得重要進展

劉攀團隊在國際高水平期刊Advanced Functional Materials發表氣相脫合金在高效穩定析氧反應中應用的最新進展。

開發低成本、高效的析氧反應(OER)催化劑，對提高水分解和金屬-空氣電池等綠色電化學能源轉換效率至關重要。然而，涉及四電子轉移的OER動力學緩慢，仍需大量稀有的銥/釕基貴金屬氧化物來驅動其達到足夠的電流密度。非貴金屬基催化劑的OER活性和穩定性低于貴金屬，需要開發有效的策略來提高其本征活性、活性位點密度和耐久性。納米多孔金屬作為一種結構功能一體化材料，具有三維雙連通開放多孔結構和高比表面積，有利于內部多孔通道內的質量傳輸，已被應用于電催化領域，且作為復合材料基底可與其他活性物種結合，能夠精確控制負載量和界面結構，進一步提高催化性能。氣相脫合金法是制備納米多孔金屬的新興環保的有效方法?；诖?，劉攀課題組研究了氣相脫合金技術的物理參數對納米多孔鈷基材料特征韌帶尺寸的影響。衍生的納米多孔復合催化劑在10 mA cm-2時具有198 mV的超低過電位，Tafel斜率為57.1 mV dec-1，在500 mA cm-2大電流密度下可持續工作50 h以上。卓越的OER活性和快速的反應動力學歸因于通過界面上的Co-O-Ru鍵耦合進行的電荷轉移及優異的納米多孔雙連通結構，而耐久性則源于高度穩定的CoO/RuO2界面。該工作對韌帶大小和界面活性物種的精確調節為氣相脫合金應用的功能化提供了強有力的支持。

圖1 納米多孔Co@CoO/RuO2材料的合成

圖2 電化學催化性能測試

圖3 np-Co@CoO/RuO2復合材料界面

另一項研究成果以“Crystal Plane-Orientation Dependent Phase Evolution from Precursor to Porous Intermediate Phase in the Vapor Phase Dealloying of a Co-Zn Alloy”為題發表在國際金屬材料領域高水平期刊《Acta Materialia》。材料科學與工程學院博士生李艷影、韓小藏為論文共同第一作者，劉攀副教授為通訊作者。上海交通大學材料科學與工程學院為第一完成單位。

劉攀團隊在國際高水平期刊Acta Materialia發表氣相脫合金相變機制的最新進展

氣相脫合金是制造納米多孔金屬的新興方法，利用不同金屬元素之間的飽和蒸汽壓差，選擇性地去除前驅體合金中較高蒸氣壓的組分以制備具有三維雙連通結構的納米多孔金屬。與其他脫合金方法相比具有低成本、可收集蒸發成分降低污染、有較廣泛適用范圍等優勢。目前氣相脫合金過程中相的形成和孔的演變機制仍是未知。了解氣相脫合金過程中的相變和孔隙形成，對優化納米多孔金屬的微觀結構與組成以實現多功能應用至關重要?；诖?，該研究報告了以二元γ-CoZn為前驅體合金的氣相脫合金形成及演化的多孔結構中間相β-CoZn。研究發現，在脫合金前沿形成的微米級多孔β-CoZn中間相促進了具有中間相的微孔結構的分級納米多孔α-Co的生長。結合球差校正掃描透射電子顯微鏡和能量色散X射線光譜，發現中間相優先形成在前驅體的特定晶面，由鋅原子升華產生的空位主要在靠近中間相的前驅體{110}晶面發生擴散。理論計算表明，鋅空位在低指數{110}晶面上擴散的能量勢壘低于其他晶面，闡明發生在脫合金前沿的反應機制。這項工作揭示了原子尺度的相變在多孔結構演變中起著關鍵作用，為氣相脫合金的相變提供了深刻的見解，并為通過設計和調節納米多孔金屬的中間相來調整其孔隙結構和組成以實現更廣泛的功能化應用提供了一種新的方法。

圖1 γ-CoZn前驅體部分脫合金反應后的形貌表征

圖2 γ-CoZn前驅體與β-CoZn中間相原子尺度界面

圖3 鋅空位擴散路徑

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