本文介绍了香港理工大学一个研究团队的工作，他们针对碱性氢氧燃料电池的阳极反应催化剂存在的问题，通过简便的浸渍以及高温热还原的方法合成出有序金属间化合物O-Pt 3 In，并详细阐述了其作为碱性氢氧燃料电池的高效催化剂的工作机制。该文章还介绍了通讯作者和第一作者以及合作作者的信息，包括他们的研究经历和成就等。此外，该团队也正在进行博士后和博士生的招聘，介绍了一些详细的申请要求。文章末尾还有一些其他的通知和信息。
研究团队的工作集中在合成一种新型催化剂O-Pt 3 In，该催化剂能够在碱性条件下显著提高氢氧燃料电池的活性。他们通过一系列实验验证了该催化剂的优异性能，并详细阐述了其工作机制。
文章中介绍了张晓教授、邵敏华教授、康振辉教授等研究团队的成员，包括他们的教育背景、工作经历和研究成果等。
研究团队正在招聘具有化学、材料科学、物理等相关专业背景的博士研究生和博士后研究员，从事清洁能源转换、辐射制冷、先进材料及工艺等领域的研究工作。他们提供了详细的申请要求和福利待遇。
第一作者：吴杰，高新，刘桂梅
通讯作者：邵敏华教授，康振辉教授，张晓教授
通讯单位：香港理工大学机械工程系，苏州大学功能纳米与软物质研究院，香港科技大学化学与生物工程系
论文DOI：10.1021/jacs.4c05844
碱性氢氧燃料电池是一类将H
2
转化为电能的技术，具有效率高、设备腐蚀小以及操作灵活等特点。尽管近来碱性条件下阴极ORR的非贵金属催化剂已经取得媲美Pt的催化性能，但碱性条件下阳极HOR反应催化剂的开发仍然具有很大的挑战性，其动力学往往要比酸性条件下滞后两个数量级，这极大地限制了碱性氢氧燃料电池的大规模应用。为了解决上述问题，本工作将亲氧性位点In有序地嵌入铂颗粒中，成功合成出具有优异碱性HOR活性的有序金属间化学物O-Pt
3
In。In的有序引入不仅可以弱化Pt对于H以及CO的吸附能，并且还能够充当亲氧位点增强OH的吸附，进而促进Volmer过程。测试结果表明，相较于无序普通合金D-Pt
3
In以及商业Pt/C，O-Pt
3
In的质量活性分别是它们的2.47以及10.1倍。此外，将O-Pt
3
In充当阳极并组装成碱性氢氧燃料电池，该器件也表现出高达1153 mW cm
−2
的峰值密度。这份工作强调了嵌入有序亲氧位点对于碱性HOR的重要意义，并为设计其他高效催化剂提供了思路。
碱性HOR往往被认为是限制碱性氢氧燃料电池的决定性因素之一。然而，由于碱性条件下Pt对于H的吸附能过高，捕获OH
−
的能力太差，这使得Pt在碱性条件下的HOR动力学往往比酸性下慢两个数量级。另外，由于氢气中存在着痕量的CO，这使得Pt基催化剂在实际工作时很容易受到毒化的影响。基于这些考虑，先前的研究提出了各种策略，例如构建核壳结构、引入载体以及合金化来尽可能增强HOR活性，增强抗中毒能力并延长稳定性。然而，大多数策略未能完全解决碱性HOR中存在的基本问题。例如，核壳结构的构建主要侧重于削弱HBE和COBE，但它们在调节OHBE方面却不足。虽然引入载体可以有效优化HBE、OHBE和COBE，但它在界面以外的活性位点上成功率有限。就合金化而言，这种方法通常用于调节HBE、OHBE和COBE，但不能实现对每个催化位点吸附行为的统一控制。因此，能否制定一种有效的策略来均匀控制催化剂位点上的HBE、OHBE和COBE，以最大限度地提高性能，增强催化剂的稳定性，并为碱性HOR机理提供新的见解？
1. 本工作利用简便的浸渍以及高温热还原的方法合成出有序金属间化合物O-Pt
3
In，成功地将In位点有序地锚定在Pt颗粒上，并实现了增强的碱性HOR活性。
2. 在有序金属间化合物O-Pt
3
In中，Pt作为H吸附位点，In作为OH
−
吸附位点，二者通过双功能机理协同增强了碱性HOR反应动力学。在50 mV的过电位下，O-Pt
3
In的质量活性是商业铂碳的10倍，并在碱性氢氧燃料电池中实现了1153 mW cm
−2
的峰值密度。
3. 本文结合一系列实验表征与理论计算结果证明，有序的In位点不仅仅能够弱化Pt对于H的吸附，还能够增强催化剂对于OH
−
的吸附；有序的In位点还使得每一个Pt原子均能够获得OH，从而加速Volmer过程以及强化催化剂的抗CO毒化能力。
本文通过简便的浸渍以及高温H
2
退火制备出了rGO负载的有序金属间化合物Pt
3
In（O-Pt
3
In/rGO）（图1a）。XRD图谱中的超晶格衍射峰意味着有序结构的形成（图1b）。SEM、TEM以及AC-TEM展示了催化剂的形貌以及微观尺度的原子排列，证明有序结构的形成。（图1c-i）。
图1 O-Pt
3
In/rGO的合成示意图以及结构形貌表征。
从XPS（图2a）可知，O-Pt
3
In/rGO中Pt是以金属形式存在，随后的XAS测试结果也支持了这一结论。EXAFS精细谱表明，O-Pt
3
In/rGO具有明显异于D-Pt
3
In/rGO以及Pt foil的精细结构，这一现象可能归因于原子排布的有序以及合金化作用，这为接下来碱性HOR测试结果性能的差异埋下了伏笔。
图2 O-Pt
3
In/rGO的XPS以及XAS表征。
在H
2
饱和0.1 M KOH溶液中测试了不同催化剂的碱性HOR性能，其中O-Pt
3
In/rGO具有最快的碱性HOR动力学（图3a）。不仅如此，其还具有最大的动力学电流密度以及交换电流密度（图3b-d）；在归一化至Pt负载后，O-Pt
3
In/rGO也远超D-Pt
3
In/rGO、Pt/rGO以及Pt/C（图3e）。另外，O-Pt
3
In/rGO还表现出更好循环耐久性（图3f, g）以及抗CO毒化能力（图3h）。
图3 不同催化剂的碱性HOR性能。
基于上述出色的碱性HOR活性，本文还评估了O-Pt
3
In/rGO在实际碱性氢氧燃料电池的性能，测试结果表明，无论是在H
2
-O
2
以及H
2
-air的气体供给条件下，O-Pt
3
In/rGO均表现出优于Pt/C的功率密度，证明了O-Pt
3
In/rGO的应用潜力（图4a-c）。随后的DFT理论计算揭示了O-Pt
3
In/rGO性能优异的原因。当有序的In原子嵌入到Pt中后（图4d），将明显地改善Pt位点对于H的吸附能（图4e），并同时增强OH
−
的吸附（图4f），并通过双功能机理完成碱性HOR过程（图4g）。此外，有序In的引入还弱化了Pt位点对于CO的吸附能力，这将强化催化剂的抗CO毒化能力。
图4 O-Pt
3
In/rGO的碱性氢氧燃料电池性能以及DFT理论计算结果。
本文将O-Pt
3
In/rGO作为碱性HOR反应的高效催化剂，其特征在于Pt和In原子有序分布，并分别充当催化剂中H和OH
−
吸附位点。两种原子的有序交织使得每个Pt的HBE和COBE均匀降低，而In位点则确保了催化剂上OH的均匀分布。这样的结构使得催化剂上H以及CO能够被快速去除。因此，O-Pt
3
In/rGO催化剂表现出优异的碱性HOR活性，其质量活性为2.3066 A mg
−1
，比D-Pt
3
In/rGO和商业Pt/C高出2.47倍和10.1倍，并展示了值得良好的CO耐受性和稳定性。此外，基于O-Pt
3
In/rGO的碱性氢氧燃料电池表现出1153 mW cm
−2
的峰值密度，这明显优于Pt/C。这些发现强调了催化位点有序排列在提高催化性能方面的关键作用，并为先进电化学催化剂的原子级合理设计提供了有价值的见解。
吴杰
，香港理工大学机械工程系博士研究生。研究方向为金属精细结构的调控及其电催化性能研究，以第一作者/共同第一作者在Journal of the American Chemical Society、Advanced Materials、Angewandte Chemie International Edition, Energy & Environmental Science, Advanced Functional Materials, Journal of Energy Chemistry等期刊发表论文数篇。
高新
，香港理工大学博士后，致力于使用理论计算探讨表界面催化机制。精通量子化学、第一性原理、分子动力学等领域计算。以理论计算合作者在J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.、Adv. Funct. Mater.等知名期刊合作发表20余篇研究论文。
刘桂梅
，香港科技大学在读博士生，主要从事氢气氧化催化剂和碱性燃料电池的开发，以第一作者在Applied Catalysis B: Environmental、Chinese Journal of Catalysis等期刊发表4篇研究论
张晓，
香港理工大学机械工程学系助理教授，香港理工大学校长青年学者。2017年在新加坡南洋理工大学获得博士学位，2021年秋季就职于香港理工大学，主要从事新型层状材料的合成和制备、电化学反应器组装以及清洁能源的转化等研究。目前在Nature、Nat. Catal.、Nat. Chem.、Nat. Rev. Chem.、Nat. Commun.、Chem. Soc. Rev.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.等国际学术期刊上发表SCI论文100余篇，H因子59。受邀担任eScience, SmartMat等期刊青年编委，担任Nature Sustainability, Joule, ACS nano, Chemical Engineering Journal等期刊独立审稿人。曾获“欧洲材料协会青年科学家奖”，于2020、2021、2022年连续入榜全球“高被引科学家”。
邵敏华，
香港科技大学化学与生物工程系教授，香港科技大学能源研究院副主任。邵博士1999年和2002年毕业于厦门大学化学系，分别获学士和硕士学位，并于2006年于纽约州立大学石溪分校获得材料科学与工程博士学位。2007年加入UTC Power负责质子交换膜燃料电池用先进的催化剂和载体的研发以及膜电极的优化，期间主要负责和丰田汽车公司的合作,共同开发车用燃料电池先进技术，着重研究核-壳结构纳米材料和形貌可控纳米催化剂的设计、合成、量产、膜电极优化和电堆设计，先进技术将应用于丰田的下一代Mirai燃料电池汽车。2012年被提升为UTC Technical Fellow和项目经理。2013年加入福特汽车公司，专注下一代电动车用锂离子电池的研究。2014年加盟香港科大。发表过80余篇文章，30多个国际专利申请（10项授权）。曾获得多个奖项，包括美国电化学会Supramaniam Srinivasan青年研究者奖（2014），美国电化学会学生成就奖（2007），石溪大学杰出博士生校长奖以及国家留学基金委优秀自费留学生奖学金（2006）等。是Science Bulletin的副主编, Journal of Applied Electrochemistry和 Catalysts 的编委。目前主要研究方向为燃料电池，锂（钠）离子电池，理论模拟等。
康振辉，
教授，博士生导师，国家杰出青年，国家“万人计划”科技创新领军人才，科技部中青年科技创新领军人才。1995.09－1999.07：东北师范大学，化学学院，理学学士学位；2000.09－2005.12：东北师范大学，化学学院，理学博士学位；2006.07－2008.06：香港城市大学，生物及化学系、超金刚石与先进薄膜中心，博士后；2002.01－2008.05：东北师范大学，化学学院多酸化学研究所，讲师；2008. 06－现在：苏州大学，功能纳米与软物质研究院，教授，博士生导师。康教授的主要研究方向以碳、硅量子点、团簇、金属/半导体纳米粒子等为研究核心，致力于揭示介观体系中簇、量子点、纳米粒子的表面光电化学性质，以及相关的基本规律。瞄准新能源材料与器件在高效能量转换、高效光/电催化、燃料电池等领域的应用。以第一作者或通讯作者在Science，J. Am. Chem. Soc.，Angew. Chem. Int. Ed.，Adv. Mater.等知名学术杂志发表学术论文300余篇，论文引用46000余次。应邀撰写科研论著3部，3篇综述。1项研究成果获评 “2015年度中国科学十大进展”，1篇论文入选“2015年度中国百篇最具影响国际学术论文”。相关成果曾多次被《Science》、《Chemistry World》、《NPG Asia Materials》、《Current Science》等杂志，以及Nanotechweb.org，Physicsworld.com 等国内外科学媒体作专题报道。在国际、国内学术会议做特邀/邀请报告80余次。获授权发明专利8项。
2024
香港理工大学招收优秀博士/博士后/科研助理—CO
2
捕获/还原、辐射制冷
【学校简介】
香港理工大学
（The Hong Kong Polytechnic University）位于中国香港特别行政区，是一所世界百强名校，QS 最新世界排名 65 位。在U.S.
News学科排名中，理大的机械工程学科排名世界第12位(香港第1位)。详情请见：https://www.polyu.edu.hk/
【导师简介】
张晓，香港理工大学助理教授，博士生导师。张晓博士于2017年在新加坡南洋理工大学获得博士学位（导师：张华教授，亚太材料科学院院士、现任职香港城市大学胡晓明讲座教授），之后于2019年在美国莱斯大学汪渂田教授课题组从事博士后研究，2021年秋季就职于香港理工大学任助理教授 (assistant professor)。主要从事清洁能源转换，电解池反应器的设计、组装，纳米材料的合成和等方向。目前在 Nature, Nat. catal., Nat. Chem., Nat. Rev. Chem., Nat. Commun., Chem. Soc. Rev., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater. Joule 等国际学术期刊上发表 sci 论文 100 余篇，总引用次数>17000次，h因子 63。并于 2020、2021、2022、2023年连续四年入榜全球“高被引科学家”，2016 年荣获欧洲材料研究协会“青年科学家奖”，2020 年荣获意大利“fondazione oronzio e niccolò de nora fellowships”国际奖金。2023中国新锐科技人物“卓越影响奖”。
【课题组研究方向】
目前本团队拟招聘博士研究生及博士后若干，研究方向如下：
（1）
CO
2
捕获及还原等
清洁能源转化
：1，电化学反应器设计；2，电化学小分子转化（例如H
2
O、O
2
、CO
2
和N
2
等）电化学转化为高附加值化学品；3，膜组装技术及工艺。
（2）
辐射制冷
：辐射致
冷技术及工艺，材料及器件的设计等。
（3）先进材料及工艺
：新型二维纳米材料（纳米片、薄膜及异质相等）的结构及机械性能研究；新型催化剂的设计及应用。
具体研究工作请参见：
https://publons.com/researcher/2910127/xiao-zhang/
个人主页：
https://www.polyu.edu.hk/me/people/academic-teaching-staff/zhang-xiao-dr/
【招聘岗位】
1
）博士研究生:
基本要求:
（1）诚实守信，对科研有热情，工作踏实勤奋，做事严谨，善于团队合作。
（2）欢迎具有硕士科研经历的同学，也欢迎优秀的本科生。化学，材料科学，物理等相关专业背景优先考虑。
（3）在CO
2
捕获及还原、辐射制冷、纳米材料合成、电催化/能源存贮与转化等领域有研究经历并有相关论文者优先考虑。
（4）英语成绩要求。ielts>=6.5，单科不低于5.5；或toefl>80; 或cet6>=550。
*注意，语言成绩是工程学院的硬性要求，通常不允许补交。
（5）香港理工大学研究生院的其他具体要求请浏览:http://www51.polyu.edu.hk/eprospectus/rpg/20223/me
奖学金
香港理工大学博士研究生的奖学金约为每月18900 (after confirmation) 港币。(除掉学费和平时生活费，仍有可观的盈余)。
条件优异者可申请港府博士奖学金（HKPFS）和校长奖学金(PPPFS)，奖学金约为每月26,900和26600港币，并享受学费免除、会议差旅费补贴等福利。具体福利及申请条件请浏览：具体福利及待遇查询：https://www.polyu.edu.hk/gs/prospective-students/fellowship-scholarship-schemes/
（有此奖申请条件者优先考虑）
备注：请注意各类奖学金的报名时间，港府博士奖学金通常从9月1日开始申请，提交截止日期为每年12月2日（香港时间中午12:00）。建议尽早或12月之前材料正式提交。
2
）博士后研究员:
基本要求:
目前本课题组博士后岗位方向：
(1) CO
2
捕获及还原，
电化学反应器设计及膜组装技术及工艺方向。
(2)
辐射制冷
材料、器件及相关技术。
(3) 二维材料及新型催化剂的设计及应用。
因此欢迎具有上述领域研究经验且富有兴趣和激情的申请者加入我们的团队。
薪资待遇：
目前提供博后工资不低于26000港币/月，可根据申请人的背景，感兴趣的方向，在与导师达成合作意向后与导师面议。
【申请方式】
有意者请将CV、科研经历、成绩单、语言成绩、发表论文等相关资料发送至张教授（
[email protected]
）。并在邮件主题中注明"PhD/Postdoc. application-your name"。谢谢关注！
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