研究领域

随着能源需求加大,以及化石能源的开发所带来的环境污染,发展清洁可再生能源对于人类发展至关重要。我们的工作即围绕新能源材料的制备和高效器件的开发(太阳能制氢、电解水、新型储能电池等),及其涉及的传热传质等工程热物理问题展开,集中于学术前沿和学科交叉研究。

 

 

 

(1)水电解太阳能驱动氢电联产
构建高效水电解与氢电联产系统可为实现太阳能储存与转化提供新思路,首先对低成本电催化剂和电池材料定向调控,实现微观结构可控,进而结合电化学过程中涉及的多物理场传热传质强化
,开发出高效电催化材料和器件(ALK,PEM,AEM电解水),在此基础上构建太阳能驱动的电催化转化新系统,实现光伏-电解-电池耦合利用。 

 

         

 

代表性论文:

(1)    Lv F, Wu J, Liu X, Zheng Z, Pan L, Zheng X, Guo L, Chen Y*. Decoupled electrolysis for hydrogen production and hydrazine oxidation via high-capacity and stable pre-protonated vanadium hexacyanoferrate. Nature Communications, 2024, 15: 1339.

(2)    Lv F, Qin Z, Wu J, Pan L, Liu L, Chen Y*, and Zhao Y*. Decoupled Water Electrolysis Driven by 1 cm2 Single Perovskite Solar Cell Yielding a Solar‐to‐Hydrogen Efficiency of 14.4%. ChemSusChem, 2023, 16(1): e202201689. (Front Cover & Invited Cover Profile)

(3)    Wu J, Lv F, Pan L, Chen Y*. Decoupled Water Electrolysis via VO2+/VO2+ Redox Mediator for 35 MPa High-Pressure Hydrogen Production. ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 2023, 11, 49, 17199-17205.

(4)    Zhao R, Xu S, Liu D, Wei L, Yang S, Yan X, Chen Y*, Zhou Z*, Su J, Guo L, Burda C*. Modulating the electronic structure of NiFe hydroxide by Zr doping enables industrial-grade current densities for water oxidation. Applied Catalysis B: Environmental, 2023, 338: 123027.

 

(2)光(电)催化制氢/碳氢燃料
受绿色植物光合作用的启发,以实现太阳能光化学转化为目的光(电)催化制氢技术,因反应条件温和、产氢纯度高、制储结合等优势,是解决能源和环境问题的有力途径。然而,传统光
(电)催化剂受制于电荷迁移慢、界面反应势垒高等因素,能质传输和转化效率低,催化活性有限,严重制约该技术的产业化应用。本研究组工作围绕微尺度强化太阳能光(电)催化制氢的能质传输和转化这一关键科学问题,开展载流子传输机理、材料设计、器件构建、系统集成等一系列工作。 

 

 

 

代表性论文:

(1)    Wang M, Xu S, Zhou Z, Dong CL, Guo X, Chen JL, Huang YC, Shen S, Chen Y*, Guo L, Burda C*. Atomically Dispersed Janus Nickel Sites on Red Phosphorus for Photocatalytic Overall Water Splitting. Angewandte Chemie International Edition, 2022, 61: e202204711.

(2)    Chen Y, Feng X, Liu Y, Guan X, Burda C*, Guo L*. Metal Oxide-Based Tandem Cells for Self-Biased Photoelectrochemical Water Splitting. ACS Energy Letters, 2020, 5: 844-866.

(3)    Wu J, Zheng W, Chen Y*. Definition of photocatalysis: Current understanding and perspectives. Current Opinion in Green and Sustainable Chemistry, 2022, 33: 100580.

(4)    Qin Z, Huang Z, Wang M, Liu D, Chen Y*, Guo L. Synergistic effect of quantum confinement and site-selective doping in polymeric carbon nitride towards overall water splitting. Applied Catalysis B: Environmental, 2020, 261: 118211.

 

(3)多物理场模拟与动力学分析
针对典型电催化、光电化学等反应,构建电解槽和反应电堆(ALK,PEM,AEM)。采用COMSOL等多物理场模拟软件,对光吸收、电荷分离和转移、界面反应、多相流动、传热传质过程等进行多物理场建模分析,确定光场、温度场、电势场在催化反应中的分布特性及其对产氢活性的影响机制,采用超快测试技术揭示反应动力学,为学科交叉提供新思路。

 

 

代表性论文:

(1)    Zheng W, Liu Y, Bai S, Qiu H, Wu J, Chen Y*. Simulation Study Reveals the Role of Hydrogen Spillover in pH- and Potential-Dependent Hydrogen Evolution over the NiCu Bimetal Catalyst. The Journal of Physical Chemistry C, 2022, 126(31): 13182–13190.

(2)    Wu J, Zheng W, Chen Y*. Factors affecting the cathode/electrolyte interfacial pH change during water reduction: A simulation study. International Journal of Hydrogen Energy, 2022, 47: 18597-18605.

(3)   Xu G, Liu X, Wang M, Yan J*, Chen Y*, and Liu S*. Unveiling the Origin of Co3O4 Quantum Dots for Photocatalytic Overall Water Splitting. Small, 2023: 2206695.

(4)  Guo L*, Chen Y*, Su J, Liu M, Liu Y. Obstacles of solar-powered photocatalytic water splitting for hydrogen production: a perspective from energy flow and mass flow. Energy, 2019, 172: 1079-1086.

代表性基金项目

12. 2025.01-2028.12, 国家自然科学基金(面上项目), 解耦电解水制高压氢气电化学反应与物质输运协同调控机制研究,主持

11. 2024.1-2025.12, 陕西省重点研发计划(国际科技合作计划项目),自偏压光电化学还原CO2制高附加值C2产品的多相反应机制,主持

10. 2021.12-2026.11, 国家重点研发计划子课题, 耦合钙钛矿太阳能电池的电解水器件优化设计与制备,主持

9. 2021.04-2023.03, 横向项目, 主持

8. 2021.04-2023.03, 四川省重点研发省院省校合作项目, 二维氮化碳光催化剂载流子反应驱动力和传输特性的耦合调控机制及其全解水产氢研究,主持

7. 2021.01-2024.12, 国家自然科学基金(面上项目), 基于聚光“光-热耦合”的光电催化分解水制氢体系构建与机制研究,主持

6. 2019.09-2020.05, 横向项目, 主持

5. 2018.07-2021.06, 绿色催化四川省高校重点实验室开放基金, 主持

4. 2018.12-2021.12, 陕西省重点项目技术创新引导专项(基金), 太阳能光催化多相流能质传输集储强化技术及其应用转化,主持

3. 2017.01-2019.12, 国家自然科学基金(青年基金), Cu2ZnSnS4光电功能材料成分、结构和性能的自掺杂调控及其作用机制,主持
2. 2015.01-2017.12,西安交通大学基本科研业务费国际前沿与自主创新类项目,主持
1. 2017.01-2019.12,西安交通大学新教师科研支持计划,主持