中国化学会
第二届全国能源化学学术会议
第三轮通知
材料筑基能源化学,创新驱动低碳未来
2025年11月20日-23日
中国•上海市松江区富悦大酒店
01|会议背景与宗旨
在全球能源转型与“碳达峰、碳中和”战略目标驱动下,能源化学作为化学、材料、能源等学科交叉融合的前沿领域,正成为破解能源危机、推动绿色发展的核心引擎。为促进我国能源化学领域的学术交流与技术创新,中国化学会联合上海交通大学等机构,共同发起并举办第二届全国能源化学学术会议。
本届会议以“材料筑基能源化学,创新驱动低碳未来”为主题,聚焦能源存储与转换、新能源材料设计、低碳催化技术、太阳能转化利用、先进表征技术、AI材料创制等关键方向,搭建“基础研究-技术开发-产业应用”全链条交流平台,助力我国能源化学学科的高质量发展,服务国家能源安全与可持续发展重大需求。
02|会议组织架构
主办单位:
中国化学会能源化学专业委员会
上海交通大学
承办单位:
上海交通大学材料科学与工程学院
上海交通大学化学化工学院
协办单位:
东华大学材料科学与工程学院/先进纤维材料全国重点实验室
东华大学环境科学与工程学院
Nano-Micro Letters 期刊
Transformative Chemistry 期刊
Energy Materials 期刊
中国科学院福建物质结构研究所《结构化学》编辑部
九江德福科技股份有限公司
大会主席:
丁奎岭(上海交通大学)
大会副主席:
丁文江(上海交通大学)
樊春海(上海交通大学)
黄富强(上海交通大学)
会议顾问委员会:
委员(按拼音顺序):
包信和(复旦大学/中国科学院大连化学物理研究所)
成会明(中国科学院深圳先进技术研究院/中国科学院金属研究所)
陈 军(南开大学)
陈立东(中国科学院上海硅酸盐研究所)
陈立泉(中国科学院物理研究所)
陈小明(中山大学)
陈忠伟(中国科学院大连化学物理研究所)
丁文江(上海交通大学)
窦世学(上海理工大学)
樊春海(上海交通大学)
高 松(中山大学)
郭再萍(阿德莱德大学)
顾 辉(北京高压科学研究中心)
韩布兴(中国科学院化学研究所)
黄 维(西北工业大学)
黄 震(上海交通大学)
江 雷(中国科学院理化技术研究所)
康 强(国家自然科学基金委员会)
李 灿(中国科学院大连化学物理研究所)
李亚栋(清华大学)
李永舫(中国科学院化学研究所/苏州大学)
李玉良(中国科学院化学研究所)
凌 文(山东省科学技术协会)
刘化鹍(上海理工大学)
刘云圻(中国科学院化学研究所)
欧阳晓平(湘潭大学)
彭慧胜(复旦大学)
乔世璋(阿德莱德大学)
施剑林(中国科学院上海硅酸盐研究所)
孙立成(西湖大学)
孙世刚(厦门大学)
孙学良(宁波东方理工大学)
唐本忠(香港中文大学(深圳))
唐 勇(中国科学院上海有机化学研究所)
田 禾(华东理工大学)
田中群(厦门大学)
王连洲(昆士兰大学)
王继扬(山东大学)
吴骊珠(中国科学院理化技术研究所)
吴明红(福州大学)
夏永姚(复旦大学)
谢素原(厦门大学)
熊仁根(南昌大学/东南大学)
徐政和(南方科技大学)
严纯华(北京大学)
杨金龙(中国科学技术大学)
衣宝廉(中国科学院大连化学物理研究所)
俞书宏(中国科学技术大学)
于吉红(北京师范大学)
张 荻(上海交通大学)
张洪杰(清华大学)
张 锦(北京大学)
张锁江(中国科学院过程工程研究所)
张文清(南方科技大学)
张 跃(北京科技大学)
赵东元(复旦大学)
赵进才(中国科学院化学研究所)
郑南峰(厦门大学)
朱美芳(东华大学)
朱为宏(华东理工大学)
邹志刚(南京大学)
……(持续更新中)
会议学术委员会:
主 任: 丁奎岭(上海交通大学)
委员:名单详见会议官网
会议组织委员会:
主 席:林天全(上海交通大学) 姜学松(上海交通大学)
秘书长:梅大江(上海工程技术大学) 吕希蒙(上海交通大学)
副秘书长:刘巍(上海交通大学材料科学与工程学院校友会)
委员(按拼音顺序):
白晶、毕辉、毕庆员、曹宵鸣、陈晨、陈俊超、陈露、陈劭力、陈悦天、陈征、种丽娜、崔香枝、董春阳、董洪亮、董武杰、窦鑫维、方为、方裕强、杲祥文、龚鸣、关安翔、郭佳、郭瑞、韩庆、胡春、胡传刚、胡志刚、蒋昆、纪亚、况敏、赖伟鸿、李丽娜、李林森、李永、梁佳、梁正、林羲、刘家旺、刘鹏飞、刘添彪、罗丹、罗加严、吕查徳、吕建国、马元元、缪炎峰、潘林枫、沈水云、孙晓甫、盛弘源、田静宜、田章留、汪圣尧、汪尧进、王兵杰、王飞、王家成、王瑞琦、王生浩、王鑫、吴昊、吴洋、夏广林、徐吉健、徐鹏涛、许嘉兴、严雅、杨建平、杨阳、仰志斌、叶天南、叶子纬、于乐、原亚焜、张黎明、张林娟、张丽英、张世从、张威、张智涛、章晔、赵婕、赵培尧、赵伟、赵再望、钟秋燕、周万海、祖连海……(持续更新中)
会务组:
巩家旭、李涛、刘铮铮、吕卓然、宁星铭、潘军、彭芦苇、王远、邢爽、杨丽丽、蔚明辉、赵雨薇
03|会议主题与内容
会议围绕以下分会展开深度研讨:

04|会议亮点与特色活动
1 顶尖学术报告
(a) 大会特邀报告人(部分)(按拼音顺序):
包信和(复旦大学/中国科学院大连化学物理研究所)
成会明(中国科学院深圳先进技术研究院/中国科学院金属研究所)
丁文江(上海交通大学)
李永舫(中国科学院化学研究所/苏州大学)
凌文(山东省科学技术协会)
刘云圻(中国科学院化学研究所)
孙立成(西湖大学)
唐本忠(香港中文大学(深圳))
叶志镇(浙江大学)
朱美芳(东华大学)等
(b) 邀请200余位国内国际顶尖学者分享前沿成果,目前已确定主题报告专家如下(按拼音顺序):
卞振锋(上海师范大学)、曹达鹏(北京化工大学)、曹睿(陕西师范大学)、曹余良(武汉大学)、晁栋梁(复旦大学)、陈剑(中国科学院大连化学物理研究所)、陈立宝(中南大学)、陈立桅(上海交通大学)、陈人杰(北京理工大学)、陈胜利(武汉大学)、陈仕谋(北京化工大学)、陈艳霞(中国科学技术大学)、陈永华(南京工业大学)、程寒松(中国地质大学(武汉))、程俊(厦门大学)、侴术雷(温州大学)、崔光磊(中国科学院青岛生物能源与过程研究所)、邓德会(中国科学院大连化学物理研究所)、邓元(北京航空航天大学)、翟天佑(华中科技大学)、定明月(武汉大学)、董安钢(复旦大学)、董帆(电子科技大学)、杜春雨(哈尔滨工业大学)、杜亚平(南开大学)、段昊泓(清华大学)、段学志(华东理工大学)、范修林(浙江大学)、范战西(香港城市大学)、方涛(西安交通大学)、封伟(天津大学)、冯光(华中科技大学)、付永柱(郑州大学)、傅强(中国科学院大连化学物理研究所)、高敏锐(中国科学技术大学)、葛子义(中国科学院宁波材料技术与工程研究所)、巩金龙(天津大学)、郭向欣(青岛大学)、郭新(华中科技大学)、郭再萍(阿德莱德大学)、韩礼元(上海交通大学)、何传新(深圳大学)、何凤(南方科技大学)、何前军(上海交通大学)、贺艳兵(清华大学)、侯阳(浙江大学)、胡常伟(四川大学)、胡劲松(中国科学院化学研究所)、胡培君(上海科技大学)、胡永峰(中国石油化工股份有限公司上海石油化工研究院)、黄柏标(山东大学)、黄佳琦(北京理工大学)、霍开富(华中科技大学/武汉科技大学)、Jack Huang(Science编辑部)、江海龙(中国科学技术大学)、江俊(中国科学技术大学)、江莉龙(福州大学)、姜雪峰(华东师范大学)、姜艳霞(厦门大学)、姜忠义(天津大学)、金钟(南京大学)、Jongwoo Lim(Seoul National University)、兰亚乾(华南师范大学)、李冰(同济大学)、李朝升(南京大学)、李峰(中国科学院金属研究所)、李福军(南开大学)、李海文(中山大学)、李和兴(上海电力大学)、李泓(中国科学院物理研究所)、李剑锋(厦门大学)、李敬锋(清华大学)、李谦(重庆大学)、李强(三一重能股份有限公司)、李武华(浙江大学)、李微雪(中国科学技术大学)、李伟(复旦大学)、李亚飞(南京师范大学)、李彦光(苏州大学)、李义涛(广东东阳光科技控股股份有限公司)、李震宇(中国科学技术大学)、李致朋(西北工业大学)、梁海伟(中国科学技术大学)、梁振兴(华南理工大学)、廖洪钢(厦门大学)、刘彬(香港城市大学)、刘岗(中国科学院金属研究所)、刘海超(北京大学)、刘洪阳(中国科学院沈阳金属研究所)、刘健(内蒙古大学)、刘凯(清华大学)、刘立武(哈尔滨工业大学)、刘勇(811 所)、刘宇(中国科学院上海硅酸盐研究所)、刘智攀(复旦大学)、陆俊(浙江大学)、路军岭(中国科学技术大学)、罗佳(九江德福科技股份有限公司)、马秋鸣(Cell出版集团)、马紫峰(上海交通大学)、毛河光(北京高压科学研究中心)、梅天胜(中国科学院上海有机化学研究所)、孟国文(中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所)、木士春(武汉理工大学)、聂安民(燕山大学)、宁志军(上海科技大学)、牛志强(南开大学)、欧阳柳章(华南理工大学)、潘英明(广西师范大学)、庞全全(北京大学)、彭章泉(中国科学院大连化学物理研究所)、齐利民(北京大学)、乔锦丽(东华大学)、乔振安(吉林大学)、秦川江(中国科学院长春应用化学研究所)、秦培勇(北京化工大学)、覃小红(东华大学)、邱介山(北京化工大学)、曲良体(清华大学)、邵敏华(香港科技大学)、石川(大连理工大学)、史炳峰(浙江大学)、水江澜(北京航空航天大学)、宋玉江(大连理工大学)、苏东(中国科学院物理研究所)、孙俊良(北京大学)、孙立贤(桂林电子科技大学)、孙为银(南京大学)、孙文平(浙江大学)、孙晓明(北京化工大学)、索鎏敏(中国科学院物理研究所)、汤卫平(上海交通大学)、陶新永(浙江工业大学)、万颖(上海师范大学)、汪国雄(复旦大学)、王爱琴(中国科学院大连化学物理研究所)、王博(北京理工大学)、王大伟(深圳理工)、王定胜(清华大学)、王栋(中国科学院化学研究所)、王海丰(华东理工大学)、王宏志(东华大学)、王建强(中国科学院上海应用物理研究所)、王久林(新疆大学)、王连军(东华大学)、王亮(浙江大学)、王庆(新加坡国立大学)、王双印(湖南大学)、王先友(湖北大学)、王晓慧(清华大学)、王要兵(中国科学院福建物质结构研究所)、王彦超(吉林大学)、王永刚(复旦大学)、王勇(上海电气风电集团股份有限公司)、王勇(浙江大学)、王颖(同济大学)、王振波(哈尔滨工业大学)、温兆银(中国科学院上海硅酸盐研究所)、文锐(中国科学院化学研究所)、邬剑波(上海交通大学)、吴凯(宁德时代新能源科技股份有限公司)、吴鹏(华东师范大学)、吴强(中国工程物理研究院)、吴兴隆(东北师范大学)、吴宇恩(中国科学技术大学)、吴宇平(东南大学)、吴忠帅(中国科学院大连化学物理研究所)、武晓君(中国科学技术大学)、夏晖(南京理工大学)、夏永姚(复旦大学)、肖海(清华大学)、肖建平(中国科学院大连化学物理研究所)、谢佳(华中科技大学)、谢奎(上海交通大学)、邢巍(中国科学院长春应用化学研究所)、熊胜林(山东大学)、熊宇杰(中国科学技术大学)、徐冰君(北京大学)、徐海超(厦门大学)、徐吉静(吉林大学)、徐集贤(中国科学技术大学)、徐维林(中国科学院长春应用化学研究所)、徐艺军(电子科技大学)、徐至(华南理工大学)、许颉(特瑞斯能源装备股份有限公司)、严锋(苏州大学)、严启龙(西北工业大学)、颜清宇(南洋理工大学)、晏成林(常州大学)、杨帆(上海科技大学)、杨国昱(北京理工大学)、杨化桂(华东理工大学)、杨金虎(同济大学)、杨军(上海交通大学)、杨科(中国科学院上海高等研究院)、杨立(上海交通大学)、杨明(中国地质大学(武汉))、杨上峰(中国科学技术大学)、杨四海(北京大学)、杨文革(北京高压科学研究中心)、杨延强(中国工程物理研究院)、杨勇(厦门大学)、姚亚刚(南京大学)、叶思宇(广州大学)、殷雅侠(新疆大学)、游爱国(上海纳尔实业股份有限公司)、余家国(中国地质大学)、余学斌(复旦大学)、余彦(中国科学技术大学)、禹习谦(中国科学院物理研究所)、袁爱华(江苏科技大学)、袁友珠(厦门大学)、詹东平(厦门大学)、占肖卫(北京大学)、张兵(天津大学)、张波(复旦大学)、张朝阳(中国工程物理研究院化工材料研究所)、张登松(上海大学)、张礼知(上海交通大学)、张倩(哈尔滨工业大学(深圳))、张强(清华大学)、张庆华(西北工业大学)、张珽(中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所)、张新胜(华东理工大学)、章福祥(中国科学院大连化学物理研究所)、章俊良(上海交通大学)、赵怀周(中国科学院物理研究所)、赵一新(上海交通大学)、赵予生(宁波东方理工大学)、赵志坚(天津大学)、郑耿锋(复旦大学)、支春义(香港城市大学)、周豪慎(南京大学)、周欢萍(北京大学)、周天华(中国科学院福建物质结构研究所)、周小元(重庆大学)、周雄(北京大学)、周印华(华中科技大学)、朱铁军(浙江大学)、朱刚(武汉船用电力推进装置研究)、朱晓张(上海交通大学)、祝艳(南京大学)、庄林(武汉大学)、邹吉军(天津大学)、邹建新(上海交通大学)、邹晓新(吉林大学)、左智伟(中国科学院上海有机化学研究所)……(持续更新中)
各个分会详细报告专家名单(实时更新),参见中国化学会会议官网:
https://www.chemsoc.org.cn/meeting/NCEC2025/
2 产学研深度融合
能源化学技术展示:吸引宁德时代、广东新型储能国家研究院等多家领军企事业单位参展,展示最新技术产品与装备。
产业需求对接会:发布企业技术难题榜单(如“长寿命固态电解质开发”“低成本电解水制氢工艺”),组织高校、科研院所与企业现场对接。
3 特色学术活动
“双碳”战略圆桌论坛:联合业内头部企业与顶尖专家,探讨新能源产学研合作与未来发展。
支持企业(按 logo 字母排序,陆续更新中):
05|参会信息
线上注册截止日期:2025年11月14日(含)
现场注册日期:2025年11月20日至23日
会议议程:
11月20日 报到、现场注册
11月21日 大会报告
11月22日 分会报告
11月23日 分会报告
会议交流形式:大会报告、主题报告、邀请报告、口头报告、特色论坛、墙报展示等
摘要/墙报截稿日期:2025年10月31日(含)
会议官网:https://www.chemsoc.org.cn/meeting/NCEC2025/
(请在会议官网完成注册投稿后按照下文缴费方式缴费)
投稿范围(包括但不限于以下内容):
各个分会涉及的能源化学、材料与先进表征技术研究内容。重点包括离子电池、水系电池、能源化学新理论、能源材料设计合成、能源催化、新能源技术与先进表征、燃料电池、氢能源化学、太阳能转化利用、生物质转化与利用、化石能源转化、原位表界面机制研究及其他交叉领域等。具体参会投稿信息请参考注册缴费网站相关信息,或联系各分会联系人。投稿模板及说明下载链接:
https://www.chemsoc.org.cn/meeting/NCEC2025/
未尽事宜请联系:
王远,email: wangyuan01616@163.com;
吕希蒙,email: ncec2025@163.com
06|会议缴费、住宿和交通信息

为使您享受优惠的注册费和更好的会议服务,建议您提前缴费。
1,缴费方式:
(a)扫码缴费

汇款请注明参会人员姓名(及中国化学会参会号)+单位(NCEC2025注册费)
示意图:

注:建议完成化学会官网会议注册获取参会号后再扫码缴费。缴费后,组委会将于5个工作日内完成审核,并发送缴费确认短信/邮件,缴费信息请以官方通知为准。
会议费电子发票在会后10个工作日内统一开具,并发送到指定邮箱。
(b)现场缴费
(c)会议公司一体化注册缴费系统:参会人员也可以进入以下系统,完成注册-缴费-投稿一体化流程。

识别二维码进入注册系统
会务公司注册缴费网址:
http://www.hyterp.cn/website/1744/index.html (移动端)
https://www.hyterp.cn/website/1744/pc-index.html (网页端)
(d)对公转账:请联系财务负责人获取对公账户
2、会议住宿(住宿费自理,自行预订)
会场酒店:上海富悦大酒店
地址:上海市松江区茸悦路208弄
酒店联系人:顾经理18917141992

会场周边酒店:上海松江世茂睿选酒店(四星级,距离会议酒店400米)
地址:上海市松江区广富林路658弄3号
酒店联系人:刘经理19861155911

会场周边酒店:上海松江开元名都大酒店(五星级,距离会议酒店5.5公里)
地址:上海市松江区人民北路1799号
酒店联系人:季经理13764548399

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3、交通路线
会议地址:上海富悦大酒店
详细地址:上海市松江区茸悦路富悦财富广场B座
联系方式:+86-28-62148888
(a)机场到达
上海虹桥国际机场:虹桥2号航站楼乘坐市域机场线→中春路(换乘地铁9号线)→松江大学城→打车起步价到达富悦大酒店
或直接打车:30分钟
(b)高铁到达
虹桥火车站:虹桥火车站→上海松江站→地铁9号线→松江大学城→打车起步价到达富悦大酒店
或直接打车:30分钟
上海松江站:上海松江站→地铁9号线→松江大学城→打车起步价到达富悦大酒店
上海火车站:地铁1号线→徐家汇(换乘9号线)→地铁9号线→松江大学城→打车起步价到达富悦大酒店
其它未尽事宜将在下轮通知中说明。
联系方式
1. 学术联系人:
吕希蒙 电话:18817363018(微信同号) 邮箱:ncec2025@163.com
2. 赞助与合作联系人:
梅大江 电话:15021295691(微信同号) 邮箱:meidajiang@163.com
3. 财务联系人:
杨丽丽 电话:15221166290 邮箱:yanglihanbing@sina.com
邢 爽 电话:18811367259 邮箱:xsgalaxy@163.com
4. 注册/会场联系人:
巩家旭 电话:18381676003 邮箱:mamls19@163.com
07|本届会议展望
本届会议通过搭建开放、协同、创新的交流平台,将进一步加速能源化学领域“从0到1”的原始创新突破,推动科研成果向产业应用的高效转化,为我国实现“双碳”目标与全球能源革命贡献化学智慧!
诚邀海内外同仁共聚上海,共绘能源化学新蓝图!
中国化学会第二届全国能源化学学术会议组委会
2025年10月

中国化学会第二届全国能源化学学术会议
合作方案
我们诚挚地邀请能源化学领域内优秀的企业作为会议支持单位,参与支持由中国化学会能源化学专业委员会与上海交通大学组织的中国化学会第二届全国能源化学学术会议。此次会议将汇聚来自全球各地的能源化学顶尖专家、学者、研究人员和企业代表,共同探讨能源化学的前沿动态和发展趋势。
为进一步体现资源共享、合作发展的宗旨,为企业提供一个展示的平台,学会期待与能源化学领域相关的企业携手共进,共同推动能源化学的发展与创新!
主办单位:
中国化学会能源专业委员会
上海交通大学
协办单位:
东华大学材料科学与工程学院/先进纤维材料全国重点实验室
东华大学环境科学与工程学院
Nano-Micro Letters 期刊
Energy Materials期刊
九江德福科技股份有限公司
持续更新欢迎加入
会议时间:2025年11月20日-23日
会议地点:上海市松江区富悦大酒店
合作支持方案如下:
A级:50万
- 企业名称列为会议协办单位
- 更多产学研交流机会
- 免6个参会名额
- 大会会场茶歇播放3分钟以内企业宣传片
- 会议资料袋外包装企业logo展示
- 会议手册插页广告(A4单面)
- 核心展览区域内空地8m2(4m宽*2m进深),仅提供桌椅
B级:40万
1. 企业名称列为会议协办单位
2. 免4个参会名额
3. 大会会场茶歇播放3分钟以内企业宣传片
4. 会议资料袋外包装企业logo展示
5. 会议手册插页广告(A4单面)
6. 核心展览区域内空地8m2(4m宽*2m进深),仅提供桌椅
C级:30万
1. 企业名称列为会议协办单位
2. 免4个参会名额
3. 分会会场等待/茶歇播放3分钟以内企业宣传片
4. 会议资料袋外包装企业logo展示
5.会议手册插页广告(A4单面)
6.核心展览区域内空地4m2(2m宽*2m进深),仅提供桌椅
D级:5万
1. 分会场报告(报告时间与所在分会场 invited 报告时间相同)
2. 免2个参会名额
3. 现场展览区域内空地4m2(2m宽*2m进深),仅提供桌椅
E级:2万
1. 免2个参会名额
2. 现场展览区域内空地4m2(2m宽*2m进深),仅提供桌椅
其他合作支持企业电询!
联系人:
梅大江 15021295691 吕希蒙 18817363018
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Nano-Micro Letters
东北大学青勇权: 超疏水可穿戴应变传感器:从设计到高稳定范式
High Polarity Doping of CoFe Layered Hydroxides: Bifunctional and Corrosion Resistant Anion Exchange Membrane Seawater Electrolyzers Anandhan Ayyappan Saj, Sampath Prabhakaran, Mohsin Rasool, Kousik Bhunia, Dongho Lee, Hyunseok Ko, Tukaram D. Dongale, Muthukumar Perumalsamy, Arul Saravanan Raaju Sundhar, Do Hwan Kim & Sang Jae Kim Nano-Micro Letters (2026)18: 393 https://doi.org/10.1007/s40820-026-02230-8 本文亮点 1. 催化机理优化:本研究采用氧化镁纳米颗粒辅助法制备钴铁层状金属氢氧化物(CoFe LMH);氟掺杂可选择性调控铁位点并保持钴位点结构完整,有效改性钴铁层状氢氧化物的电子结构,使铁原子形成高自旋构型,进而提升催化活性。 2. 抗腐蚀能力突出:本研究通过氟掺杂改性样品 F-CoFe LMH-8 为双功能催化剂,在海水环境中兼具优异的亲水性、亲氧性,同时具备显著的疏氯特性,可有效排斥氯离子。 3. 长周期运行稳定:本研究以 F-CoFe LMH-8 同时作为阴、阳极组装的阴离子交换膜电解装置,在海水电解体系中,施加 2.3 V 电压即可实现1 A⋅cm⁻²的电流密度;装置连续运行 500 小时,电压衰减率仅为0.15 μV⋅h⁻¹,展现出极佳的运行稳定性。 微信图片_2026-06-23_091114_955.png 研究背景 氢能被视作清洁能源核心载体,电解水制氢是实现 “氢经济” 的主流技术,传统电解水依赖大量淡水资源,大规模应用受限。而海水储量丰富、取用便捷,直接海水电解成为替代淡水制氢、降低成本的理想路线,但面临两大核心难题:一是海水中大量氯离子会引发电极腐蚀、发生竞争性析氯副反应,严重破坏催化剂结构、降低产氢效率;二是析氢反应(HER)与析氧反应(OER)动力学缓慢,现有非贵金属催化剂活性不足、稳定性差。 目前主流层状双氢氧化物(LDH)类电极材料,在碱性海水体系中易发生结构重构,氯离子极易侵蚀活性位点;各类阴离子插层、表面改性等手段虽有改善,但普遍存在工作电压高、稳定时长短、难以工业化的问题。而贵金属催化剂活性优异,但价格昂贵、储量稀缺,无法满足规模化海水电解需求,因此开发低成本、高活性、耐氯腐蚀的非贵金属双功能电解催化剂具有重要现实意义。 内容简介 海水电解制绿氢是一项极具发展前景的技术,但OER动力学迟缓、氯离子腐蚀等问题严重制约了其实际应用。全北国立大学Do Hwan Kim等制备了一种新型氟掺杂钴铁层状金属氢氧化物催化剂(F-CoFe LMH-8),该材料是性能优异的双功能电催化剂。在电流密度为10 mA⋅cm⁻²条件下,其HER、OER的过电位分别仅为 81.23 mV 和 265.5 mV。理论计算与实验结果表明:氟掺杂可调控材料电子结构,使铁活性位点转变为高自旋构型,优化反应中间体吸附能,同时赋予材料疏氯特性,有效抵御氯离子带来的腐蚀。将 F-CoFe LMH-8 同时作为阴、阳极双功能催化剂,组装得到阴离子交换膜水电解槽(AEMWE),在连续制氢过程中表现出优异性能:在 1 mol/L KOH溶液中,电流密度可达1.2 A⋅cm⁻²;在 1 mol/L KOH+0.5 mol/L NaCl混合溶液中,电流密度为1.02 A⋅cm⁻²;在海水基 1 mol/L KOH体系中,施加 2.3 V 电压即可实现1 A⋅cm⁻²的电流密度。此外,研究采用长短期记忆(LSTM)机器学习模型对 F-CoFe LMH-8 的稳定性进行预测。该研究思路为定向设计适用于海水电解阴离子交换膜电解槽(AEMWE)、可规模化制氢的高稳定性、疏氯型高性能电催化剂,提供了一套完整的研究方案。 图文导读 I F-CoFe LMH的制备与表征 图1展示了氟掺杂钴铁层状氢氧化物的合成流程与物化性质。本研究采用氧化镁纳米颗粒辅助法制备钴铁层状金属氢氧化物(CoFe LMH)材料,高分辨透射电镜(TEM)观测结果显示(图1b-e),氟掺杂并未破坏材料原本的纳米片形貌:其中未掺杂样品 CoFe LMH-3 的晶面间距为 0.2521 nm,氟改性后的 F-CoFe LMH-8 晶面间距增至 0.2612 nm,直观证明掺杂后材料晶格发生膨胀。结合XRD、Raman光谱与傅里叶变换红外光谱(图1f-h)测试结果可知,氟元素成功掺入晶体晶格且未生成其他杂相,同时有效调控了材料内部金属 – 氧键、羟基等化学键与表面官能团结构。图1i结合电子顺磁共振结果进一步证实,F-CoFe LMH-8 的信号强度显著高于原始样品,说明氟掺杂成功诱导铁原子形成高自旋构型,这一结构特征是该催化剂能够展现优异电催化性能的核心原因。 1.png 图1 (a) 材料合成示意图;(b、c) CoFe LMH-3 在不同放大倍数下的高分辨透射电镜图;(d、e) F-CoFe LMH-8 在不同放大倍数下的高分辨透射电镜图(插图为对应的选区电子衍射图谱);CoFe LMH-3 与 F-CoFe LMH-8 的:(f) 粉末 XRD及对应晶面间距、(g) Raman光谱、(h) 傅里叶变换红外光谱、(i) 电子顺磁共振图谱。 图2通过多种表征手段,深入分析了氟掺杂前后钴铁层状氢氧化物的元素化学态、原子配位环境与电子结构特征。XPS谱图分别采集了Co、Fe、O、F四种元素的精细谱图(图2a-d),对比测试结果可见,氟掺杂后钴元素的特征峰位置、峰形均未发生明显偏移,证明钴位点的化学价态与局域电子环境基本保持不变;而铁元素的特征衍射峰出现显著位移,结合能发生规律性改变,直观反映出氟掺杂对铁原子电子云分布产生了明显调控。由此可见氟掺杂对钴元素的电子环境影响微弱,但会显著改变铁元素的结合能,证明氟原子可选择性作用于铁位点,同时完整保留钴活性中心的结构。同时图谱中出现了清晰的氟元素特征峰,也直接证实氟原子成功负载于材料表面并参与结构构建。 在此基础上,图2e-l通过X 射线吸收近边结构(XANES)与扩展 X 射线吸收精细结构(EXAFS)测试进一步印证了这一规律:钴的 K 边吸收谱与配位键长基本无变化,而铁的 K 边吸收峰向高能方向偏移,Fe-O 键作用明显增强,金属间键合被弱化。结合小波变换扩展 X 射线吸收精细结构图谱能够看出,氟掺杂精准调控了铁的局域配位环境,最终诱导铁形成高自旋状态,从原子层面揭示了材料催化性能提升的内在机理。 2.png 图2 CoFe LMH-3 与 F-CoFe LMH-8 的 XPS 精细谱:(a-d) Co、Fe、O、F;(e) 钴 K 边 X 射线吸收近边结构谱及 (f) 对应的扩展 X 射线吸收精细结构谱;(g) 铁 K 边 X 射线吸收近边结构谱及 (h) 对应的扩展 X 射线吸收精细结构谱;钴 K 边小波变换扩展 X 射线吸收精细结构谱:(i) CoFe LMH-3、(j) F-CoFe LMH-8;铁 K 边小波变换扩展 X 射线吸收精细结构谱:(k) CoFe LMH-3、(l) F-CoFe LMH-8。 II F-CoFe LMH的电化学性能 图3综合展示了系列催化剂的电化学性能、界面反应特征与理论吸附特性。图 3a、3b分别为线性扫描伏安曲线与塔菲尔斜率,结果表明氟掺杂改性后的 F-CoFe LMH-8 拥有更优异的反应动力学性能,电荷转移阻力更低,电催化反应速率远优于未掺杂的 CoFe LMH-3。图 3c奈奎斯特图同样印证了该结论,F-CoFe LMH-8 的圆弧半径明显更小,代表材料界面电荷传输效率更高、导电性能更佳。 图 3d、3e 与 3f、3g为扫描电化学显微镜测试结果,分别呈现了两种材料的基底电流与探针电流分布。F-CoFe LMH-8 的电流响应强度显著更高,说明其表面活性位点数量丰富,且反应活性分布均匀。图 3h是 F-CoFe LMH-8 在恒定电流密度−50 mA⋅cm −2下的电化学稳定性测试,全程电位波动极小,体现出出色的电化学耐久性能。 结合理论计算,图 3i、3j、3k分析了氢吸附中间体在钴、铁、氧位点的吸附能与吉布斯自由能:铁位点对氢中间体的吸附强度最为适中,既保障反应顺利推进,又不会因吸附过强占据活性位点,从理论层面解释了该材料析氢催化活性突出的内在原因。 3.png 图3 (a) 不同组分氟掺杂与未掺杂钴铁层状氢氧化物催化剂的线性扫描伏安曲线;(b) 对应的塔菲尔斜率;(c) CoFe LMH-3 与 F-CoFe LMH-8 的奈奎斯特图;CoFe LMH-3 的扫描电化学显微镜测试:(d) 基底电流分布、(e) 探针电流分布;F-CoFe LMH-8 的扫描电化学显微镜测试:(f) 基底电流分布、(g) 探针电流分布;(h) F-CoFe LMH-8 在恒定电流密度 −50 mA⋅cm⁻² 下的电化学稳定性测试;氟掺杂钴铁层状氢氧化物催化剂上氢吸附中间体在 (i) 钴位点、(j) 铁位点、(k) 氧位点的吸附能;钴、铁、氧位点上氢吸附中间体的吉布斯自由能。 图4围绕不同组分催化剂的析氧电化学性能、反应机理及电子结构展开分析。图 4a、4b为各样品的线性扫描伏安曲线与塔菲尔斜率,对比多款未掺杂、氟掺杂钴铁层状氢氧化物可以发现,F-CoFe LMH-8 的起始电位更低、塔菲尔斜率更小,代表其OER动力学最优,催化反应速率领先其余样品。图 4c的奈奎斯特图进一步佐证了上述结论,相较于 CoFe LMH-3,F-CoFe LMH-8 的阻抗圆弧半径更小,界面电荷转移阻力更低,电子传输能力更强。图 4d、4e和图 4f、4g为扫描电化学显微镜测试结果,F-CoFe LMH-8 的基底电流与探针电流信号更强,说明材料表面活性位点分布均匀且本征活性更高。 图 4h的稳定性测试结果显示,F-CoFe LMH-8 在持续工作过程中性能保持稳定,具备良好的长效服役能力。结合图 4iOER机理图与图 4j吉布斯自由能图,可明确材料的反应路径与最优活性位点。图 4k、4l的分态密度图谱则揭示了电子结构差异:氟掺杂有效调控了费米能级附近的电子态密度,提升了电子迁移能力,最终从电子层面阐明了 F-CoFe LMH-8 高效催化OER的本质。 4.png 图4 (a) 多种样品的线性扫描伏安曲线;(b) CLMH、CoFe LMH-1、CoFe LMH-2、CoFe LMH-3、CoFe LMH-4、FLMH-5、F-CLMH-6、F-CoFe LMH-6、F-CoFe LMH-7、F-CoFe LMH-8、F-CoFe LMH-9 及 F-FLMH-10 的塔菲尔斜率;(c) CoFe LMH-3 与 F-CoFe LMH-8 的奈奎斯特图;CoFe LMH-3 的扫描电化学显微镜测试:(d) 基底电流、(e) 探针电流;F-CoFe LMH-8 的扫描电化学显微镜测试:(f) 基底电流、(g) 探针电流;(h) F-CoFe LMH-8 的稳定性测试;(i) OER机理;(j) F-CoFe LMH OER的吉布斯自由能图(用于确定反应活性位点);(k) CoFe LMH-3、(l) F-CoFe LMH-8 不同配位位点的分态密度图。 III F-CoFe LMH的耐蚀性测试与机理 图5聚焦催化剂在海水体系下的耐腐蚀性、电化学行为与作用机制。图 5a测试了 F-CoFe LMH-8 在纯KOH溶液、模拟海水以及添加天然海水的电解液中的线性扫描伏安曲线,样品在三类体系中均保持稳定的电化学响应,初步体现出良好的海水环境适应性。图 5b为两种材料在模拟海水中的线性极化曲线,相比 CoFe LMH-3,F-CoFe LMH-8 的腐蚀电流更低,抗腐蚀能力大幅提升。图 5c氯离子吸附能图谱直观说明,F-CoFe LMH-8 对氯离子的吸附作用较弱,能够有效减少氯离子在材料表面附着,这也是其具备优异疏氯性能的关键。图 5d奈奎斯特图与图 5e弛豫时间分布分析结果显示,氟掺杂改性后材料的阻抗特征更优,界面结构在模拟海水中不易被破坏。图 5f、5g多电位相频特性曲线进一步反映出,F-CoFe LMH-8 在不同电位下电化学界面状态更稳定。 图 5h原位拉曼光谱证明,长期处于模拟海水环境中,材料的晶体结构与化学键未发生明显改变,结构稳定性优异;图 5i长效稳定性测试也验证了该结果。图 5j–5q为不同电位下的扫描电化学显微镜测试数据,在 0.3 V 和 0.35 V(vs Ag/AgCl)电位条件下,F-CoFe LMH-8 的基底电流与探针电流信号始终稳定且强度更高,表明其表面活性位点在海水体系中可正常发挥作用。最后,图 5r为离子作用机理示意图,清晰阐释了材料排斥氯离子、保障催化反应持续进行的微观原理。 5.png 图5 (a) F-CoFe LMH-8 在 1 mol/L KOH溶液、模拟海水(1 mol/L KOH+0.5 mol/L NaCl)以及天然海水配制的 1 mol/L KOH 溶液中的线性扫描伏安曲线;(b) CoFe LMH-3 与 F-CoFe LMH-8 在模拟海水中的线性极化曲线;(c) 氯离子吸附能图谱;(d) 奈奎斯特图;(e) CoFe LMH-3 与 F-CoFe LMH-8 的弛豫时间分布分析;(f) CoFe LMH-3、(g) F-CoFe LMH-8 的多电位相频特性分析;(h) F-CoFe LMH-8 在模拟海水中的原位拉曼测试结果;(i) 其电化学稳定性测试结果。在参比电极银 / 氯化银电位为 0.3 V 条件下,CoFe LMH-3 的扫描电化学显微镜测试:(j) 基底电流、(k) 探针电流;电位升至 0.35 V 时:(l) 基底电流、(m) 探针电流。在 0.3 V(vs Ag/AgCl)条件下,F-CoFe LMH-8 的扫描电化学显微镜测试:(n) 基底电流、(o) 探针电流;电位升至 0.35 V 时:(p) 基底电流、(q) 探针电流。(r) 离子在 F-CoFe LMH-8 材料表面的作用机理示意图。 IV F-CoFe LMH的稳定性测试 图6主要探究了催化剂在电解液及电解器件中的综合性能、长效稳定性与运行表现。图 6a、6b是 CoFe LMH-3 与 F-CoFe LMH-8 在模拟海水电解液(1 mol/L KOH+0.5 mol/L NaCl)中的线性扫描伏安曲线与多阶电流密度稳定性测试,对比可见 F-CoFe LMH-8 电化学活性更出色,在阶梯式变化的电流工况下性能也能平稳维持。图 6c进一步开展大电流稳定性测试,该样品在200 mA⋅cm⁻²、400 mA⋅cm⁻²高电流密度下持续工作,电位无明显波动,耐受大电流冲击的能力较强。 图 6d为阴离子交换膜水电解槽(AEMWE)装置示意图,直观展示了器件整体结构。图 6e、6f分别是搭载 F-CoFe LMH-8 双功能催化剂的电解槽,在三种不同电解液体系下的极化曲线与奈奎斯特图,结果表明该电解槽在常规碱液、模拟海水、天然海水体系中均拥有较低的极化电压与界面阻抗,环境适配性良好。 图 6g记录了电解槽的长期运行稳定性,器件可连续稳定工作。图 6h将电解槽电压衰减率与美国能源部(DOE)既定指标进行对比,本体系衰减速率远低于标准要求,长效运行优势显著。图 6i针对海水体系下的电解槽开展不同运行时长的弛豫时间分布分析,数据证明随着运行时间增加,器件界面结构与电化学特性未出现明显劣化。图 6j借助时序分析法对催化剂及电解器件的长期稳定性进行预测,进一步佐证了该材料在海水电解规模化应用中的潜力。 6.png 图 6 (a) CoFe LMH-3 与 F-CoFe LMH-8 催化剂在 1 mol/L KOH+0.5 mol/L NaCl体系中的线性扫描伏安曲线;(b) 多阶电流密度下的稳定性测试结果;(c) F-CoFe LMH-8 在上述电解液中,分别恒定电流密度为 200 mA⋅cm⁻²、400 mA⋅cm⁻² 时的稳定性测试;(d) 阴离子交换膜水电解槽(AEMWE)装置示意图;(e) 采用 F-CoFe LMH-8 双功能催化剂组装的电解槽,分别在 1 mol/L KOH、1 mol/L KOH+0.5 mol/L NaCl、1 mol/L KOH+天然海水体系下的极化曲线;(f) 对应的奈奎斯特图;(g) 该电解槽的长期运行稳定性;(h) 电压衰减率与美国能源部(DOE)技术指标对比;(i) F-CoFe LMH-8 基电解槽在海水体系中不同运行时长下的弛豫时间分布分析;(j) 借助时序分析法对催化剂稳定性进行的预测结果。 V 总结 综上所述,本研究对钴铁层状金属氢氧化物进行氟掺杂改性,成功制备出一种性能优异、稳定性强的双功能电催化剂,可应用于长效海水电解体系。氟掺杂可精准调控钴铁层状氢氧化物的铁配位位点,同时不会破坏用于OER的钴活性金属中心。所制备的 F-CoFe LMH-8 兼具出色的析氢与析氧催化性能:电流密度达到10 mA⋅cm⁻²时,析氢过电位为 81.23 mV,析氧过电位为 265.5 mV。氟掺杂能够强化铁位点的铁 – 氧键作用,促使双电层内氢氧根离子持续富集,有效抑制氯离子腐蚀,进而提升催化剂的催化活性与服役寿命。此外,采用 F-CoFe LMH-8 同时作为阴、阳极组装的阴离子交换膜海水电解槽,在 2.3 V 电压下可实现1 A⋅cm⁻²的电流密度;在0.125 A⋅cm⁻²恒定电流下连续运行 500 小时,电压衰减率仅为0.15 μV⋅h⁻¹,不仅达到美国能源部相关技术指标,也证明该体系具备工业化应用潜力。本研究为简易制备高性能、抗腐蚀海水电解催化剂提供了新思路,可推动阴离子交换膜海水电解槽的长效稳定运行。 作者简介 7.jpg图片 Do Hwan Kim 本文通讯作者 韩国全北国立大学 教授 ▍主要研究领域 电催化水分解、海水电解、阴离子交换膜电解槽技术以及非贵金属催化材料设计。 ▍主要研究成果 Do Hwan Kim教授任职于韩国全北国立大学,为科学教育学部教授、表面化学实验室负责人,主要研究方向涵盖电催化水分解、海水电解、阴离子交换膜电解槽技术以及非贵金属催化材料设计,在Adv. Funct. Mater.、Nano Energy 等知名期刊累计发表 SCI 论文 130 余篇,总引用量超 5000 次,h 指数约 40,研究成果多见于,在本研究中主要负责催化剂设计、电子结构调控与电解槽性能测试分析。 ▍Email:dhk201@jbnu.ac.kr 图片8.png Sang Jae Kim 本文通讯作者 韩国济州国立大学 教授 ▍主要研究领域 海水电解双功能催化剂、层状氢氧化物复合材料、电极界面调控及抗氯离子腐蚀技术。 ▍主要研究成果 Sang Jae Kim教授毕业于日本东北大学,曾赴剑桥大学、佐治亚理工学院开展访学研究,现任韩国济州国立大学教授、纳米材料与系统实验室负责人,长期致力于海水电解双功能催化剂、层状氢氧化物复合材料、电极界面调控及抗氯离子腐蚀技术研究,多项成果发表于Adv. Energy Mater.、Small等高水平期刊,累计发表 SCI 论文 150 余篇,h 指数达 73。 ▍Email:kimsangj@jejunu.ac.kr 撰稿:《纳微快报(英文)》编辑部 编辑:《纳微快报(英文)》编辑部 关于我们 9.jpg Nano-Micro Letters《纳微快报(英文)》是上海交通大学主办、在Springer Nature开放获取(open-access)出版的学术期刊,主要报道纳米/微米尺度相关的高水平文章(research article, review, communication, perspective, highlight, etc.),包括微纳米材料与结构的合成、表征、性能及其在能源、催化、环境、传感、人工智能、电磁波吸收与屏蔽、健康监测、生物医药等领域的应用研究及高水平综述。期刊已被SCI、EI、PubMed、SCOPUS等数据库收录,2025 JCR IF=38.5,学科排名Q1区前1.5%。多次荣获“中国最具国际影响力学术期刊”、“中国高校杰出科技期刊”、“上海市精品科技期刊”等荣誉,2021年荣获“中国出版政府奖期刊奖提名奖”。欢迎关注和投稿。 期刊网址: https://springer.com/40820 投稿网址:https://mc03.manuscriptcentral.com/nmlett E-mail: editorial_office@nmlett.org Tel: 86-21-34207624
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