电子级双氧水课题组

职务/职称
副研究员
邮箱:liguoling@ccelab.com.cn
研究方向
(1)新型高效单晶电催化材料研发
开发具有高选择性、高稳定性、高电导率的氧化物单晶阳极材料; 探索氧化物单晶的表面物理、光电催化等功能特性; 发展单晶电催化材料的高通量筛选、合成与表征技术。
(2)单晶电催化分解水的应用基础研究
设计和优化钒酸铋法工艺; 搭建钒酸铋法装置,制备电子级双氧水和高纯氢气; 建立电子级双氧水品控分析方案。
学习/工作经历
1998.09-2002.06 本科毕业于南京大学物理学系
2002.09-2007.06 博士毕业于南京大学物理学系
2007.08-2010.12 中国科学院大连化学物理研究所 博士后
2011.11-2020.01 河南科技大学物理工程学院 副研究员
2015.10-2016.11 美国SLAC国家加速器实验室 访问学者
2020.02-至今 化学与精细化工广东省实验室 副研究员
主要成果/荣誉
率先提出钒酸铋法合成高纯双氧水和氢气工艺。
在Nature Communications, Journal of Materials Chemistry A, Journal of Catalysis, Nanoscale, The Journal of Physical Chemistry Letters, Applied Physics Letters, Physical Review B等国际期刊发表SCI论文近40篇,申请中国发明专利20余项(授权14项),承担和参与国家自然科学基金、广东省科技专项资金等多项基金课题。
团队成员:
团队目前科研人员包括1名助理研究员、2名科研助理、2名硕士研究生、2名客座人员。其中:
吴雪霏,化学与精细化工广东省实验室助理研究员。2008.09-2012.06 浙江大学化学系本科;2012.09-2017.06浙江大学化学系博士,博士阶段主要从事多金属含氧酸盐基导体的制备与性能研究,包括多酸基质子导体和多酸基相变型离子导体。2017.09-2020.06在中国科学院福建物质结构研究所从事博士后工作,主要涉及高效电催化分解水电催化剂的制备与应用研究,并参与不对称电解池电解水研究;2022.03-2022.07在大连工业大学食品交叉研究院从事教学工作,并开展不对称电解池电化学转化生物质为高附加值化学品研究;2022年9月进入省实验室电子级双氧水课题组,从事新型高效电解水制过氧化氢和氢气实验研究。目前在Chemical Engineering Journal,ACS Sustainable Chemistry & Engineering,Journal of Materials Chemistry A等国际期刊上发表SCI论文24篇,其中以第一作者发表17篇。
刘家义,科研助理。2013.09-2017.06本科毕业于辽宁石油化工大学创新创业学院;2017.09考入天津大学化工学院攻读硕士研究生学位,2019.10-2021.06在中国科学院过程工程研究所硕士联培,硕士期间从事流态化制备纳米碳化钨机理及传递-反应耦合规律研究;2021.07-2022.07在中国科学院过程工程研究所从事科研助理工作,主要研究方向是冶金反应动力学。2022.08进入省实验室电子级双氧水课题组,负责电解水工艺流程开发工作。
胡一龙,科研助理。2018.09-2022.06本科毕业于河南科技大学物理工程学院;2022.07进入省实验室电子级双氧水课题组,负责实验室维护和催化剂制备等工作。
课题组介绍:
电子级双氧水是制作半导体芯片过程中需求量最大的一种湿电子化学品,目前以蒽醌法生产的工业级双氧水为原料,利用多种技术深度提纯获得。但是,中国在先进提纯技术环节被“卡脖子”。同时,蒽醌法存在依赖高纯氢、环保压力大、产品纯度低等缺点,所以开发过氧化氢合成新技术成为近年来国际学术界的前沿热点和中国亟需攻关突破的研究领域。考虑到未来双氧水市场的海量需求,低成本、高纯度、易获取的生产原料将成为新合成技术的首要考虑因素。因此,以水为原料、阳极直接产过氧化氢和阴极副产氢的两电子水阳极氧化法,成为诸多新方法中最具竞争力的一种。然而,水阳极氧化法普遍存在阳极催化剂选择性低、活性低、稳定性差等严重问题,亟需创新方案予以解决。
基于对钒酸铋材料特性和水氧化反应机理的深刻理解,课题组负责人率先提出采用钒酸铋单晶催化剂替代粉末/微晶催化剂,使得两电子氧化水活性面占比达100%,从而极大增强氧化水产过氧化氢的反应活性,杜绝其它表面四电子析氧反应的竞争,最大限度地提高催化性能,实现100%选择性两电子电解水协同制备过氧化氢和氢气。这一改进的水阳极氧化法被称为钒酸铋法或单晶电催化法,是目前最具可行性的第4代双氧水合成技术,具有原料纯度高、生产成本低、环境友好等优点,具备最终淘汰第3代双氧水合成技术---蒽醌法并部分替代现有电解水制氢技术的发展潜力,可以为实现“碳中和、碳达峰”目标提供最新式技术支持。
在前期工作基础上,课题组将围绕钒酸铋这一核心材料,拟解决高品质掺杂钒酸铋单晶催化剂的可控制备以及原子层次上水氧化反应过程和催化机理方面的关键科学问题,攻克超净高纯双氧水的品控分析以及两电子电解水工艺设计和优化等关键技术问题。此外,课题组将扩展钒酸铋之外的其它单晶催化材料,并提出可实用化的和具有一定普适性的单晶电催化理念,促进单晶电催化向工业化方向发展。