近日，東華大學紡織科技創(chuàng)新中心俞建勇院士及丁彬研究員帶領(lǐng)的納米纖維研究團隊在納米纖維異質(zhì)結(jié)的界面設(shè)計及高效電催化室溫固氮領(lǐng)域的研究取得重要進展，相關(guān)成果以“碳納米鍍CoS@TiO2納米纖維膜：界面工程化異質(zhì)結(jié)實現(xiàn)高效電催化固氮”（Carbon-Nanoplated CoS@TiO2 Nanofibrous Membrane: An Interface-Engineered Heterojunction for High-Efficiency Electrocatalytic Nitrogen Reduction, DOI: 10.1002/anie.201908415）為題，發(fā)表在化學領(lǐng)域的著名期刊《德國應(yīng)用化學》（Angewandte Chemie International Edition）上。該論文第一作者為紡織科技創(chuàng)新中心劉一濤研究員，通訊作者為丁彬研究員。
合成氨工業(yè)關(guān)系到人類“衣食住行”的方方面面——它奠定了現(xiàn)代化肥、醫(yī)藥、橡膠、樹脂、染料等化工產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)，因此在國民經(jīng)濟中占有重要的地位。當前，合成氨工業(yè)依賴高溫高壓（350-550°C,150-350atm）進行反應(yīng)，其能耗占世界年均能源總消耗的1-2%，二氧化碳的排放占世界年均溫室氣體總排放的1.5%，能耗高、污染大。從環(huán)境和經(jīng)濟的角度來說，探索綠色、安全、能耗低的電催化室溫固氮新途徑既是巨大的挑戰(zhàn)，也是難得的機遇。然而現(xiàn)有電催化劑的界面載流子遷移率低，因此催化活性差、法拉第效率低，為電催化室溫固氮的實際應(yīng)用設(shè)置了障礙。
面向這一挑戰(zhàn)，研究團隊通過界面工程策略構(gòu)筑了一種新型的碳納米鍍CoS@TiO2納米纖維異質(zhì)結(jié)。通過配位驅(qū)動的外延生長，CoS納米片與TiO2納米纖維在界面處發(fā)生緊密耦合，有利于兩者間載流子的快速傳輸，從而顯著提升界面反應(yīng)動力學。與惰性基體如石墨烯不同，TiO2納米纖維作為一種活性基體可以參與到電催化反應(yīng)中形成協(xié)同效應(yīng)。通過碳納米鍍進一步提升CoS@TiO2納米纖維異質(zhì)結(jié)的電導(dǎo)率及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，從而構(gòu)筑出高效的自支撐電催化劑。所制備的碳納米鍍CoS@TiO2納米纖維異質(zhì)結(jié)具有優(yōu)異的氨產(chǎn)率（8.09×10–10mol s–1cm–2）和法拉第效率（28.6%），為開發(fā)高效的室溫固氮催化劑提供了新思路。
研究成果得到了國家自然科學基金、上海市自然科學基金、紡織面料教育部重點實驗室基地建設(shè)項目的大力資助。
論文鏈接：https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/anie.201912733
