邹晓新

男， 吉林大学， 教授/研究员/教授级高工或同等级别

学习/工作经历

2002.09-2006.06 吉林大学化学学院 材料化学 学士
2006.09-2011.06 吉林大学化学学院，无机合成与制备化学国家重点实验室 无机化学 博士
2011.07-2011.12 美国加州大学河滨分校 博士后
2012.01-2013.10 美国罗格斯大学 博士后
2013.12-2018.09 吉林大学化学学院，无机合成与制备化学国家重点实验室 副教授
2018.10-至今 吉林大学化学学院，无机合成与制备化学国家重点实验室 教授
2021.09-至今 吉林大学化学学院 无机化学系主任

研究领域和兴趣

能源材料化学与制备技术

主要业绩

氢气是重要的化工原料，主要用于石油化工和合成氨工业，年需求量超过3000万吨；氢气也是潜在的绿色能源载体，其有效利用可以降低对化石燃料的依赖，减轻化石燃料过度使用造成的环境问题。质子交换膜（PEM）电解水技术具有能耗低、效率高、氢气品质好、运行可靠等诸多优点，尤其是其所具有的高度灵活性及优异的功率调节功能，非常契合风、光等可再生能源的波动性特点，能充分利用可再生能源高效制氢，是实现零碳排放获取高纯绿氢的理想途径。然而，PEM电解水技术阳极催化层依赖铱基催化剂，铱载量高达2-4 mg/cm2。考虑到铱资源的稀缺性，降低阳极催化层铱载量代表着该技术的重要发展方向。
围绕PEM电解水技术对铱基催化剂的应用需求，申请人开展了铱基催化剂的合成化学与制备技术研究，旨在揭示催化剂设计与性能的晶体/电子结构基础，发现新型催化材料，发展催化材料宏量制备技术，并致力于推动研究成果转化应用。取得的主要学术贡献如下：
1. 提出了实现低铱催化剂活性与稳定性同步提升的氧化学调控原则，建立了多金属d轨道与氧p轨道平均杂化强度与催化活性/稳定性的关联关系，为优化低铱多金属氧化物催化性能提供了理论基础。
围绕低铱催化剂高效活性位点构筑与稳定化问题，申请人系统研究了铱位点局域配位结构和电子结构对催化活性和稳定性的影响规律，提出了实现低铱催化剂活性与稳定性同步提升的氧化学调控原则，即需要适当弱化铱位点表面吸附氧能力（活性提升），同时强化铱位点与晶格氧相互作用（稳定性提升）。以多金属钙钛矿氧化物为模型体系，构建了含3d-4d-5d过渡金属氧化物的催化活性-稳定性的组分依赖图，定量分析了多组分催化剂中混合过渡金属（3d-4d-5d）与氧（2p）之间的平均轨道杂化强度，并建立了平均轨道杂化强度与催化活性/稳定性的联系，为低铱多金属氧化物的设计合成提供了理论基础。
2. 发展了开放骨架结构铱基氧化物催化材料新体系，丰富了高活性铱催化位点的配位构型，发现了晶格羟基参与的、非经典的吸附氧催化机制，发明了最高孔隙率的层状氧化铱催化剂。
针对商用氧化铱催化位点活性不理想的问题，利用碱金属、碱土金属的结构导向作用，合成了系列开放骨架结构的二维、三维铱基氧化物，构筑了一类新的高活性、高稳定性的铱位点配位环境―毗邻铱空位的边缘铱位点，发现了晶格羟基参与的、非经典的吸附氧催化机制，有效克服了铱催化位点活性与稳定性此消彼长的问题。基于以上认识，发明了最高孔隙率（74%）的层状氧化铱催化剂，依此催化剂构筑的催化层在0.5-0.8 mg/cm2铱载量条件下，在安培级电流密度下稳定超过2000小时，综合催化性能达到中国重点研发计划和美国DOE2023目标。
3. 制备了高纯度、高结晶度的纳米硼化物载体材料，开发了氧化铱在硼化物表面的均一负载方法，揭示了载体与氧化铱界面结构特性及对催化性能的影响，发明了硼化物负载氧化铱催化剂。
为了应对PEM电解水阳极端强氧化性、强酸性的苛刻环境，制备了高纯度、高结晶度的纳米硼化物载体材料TaB2，该载体具有高表面积、高导电性、高耐腐蚀性等优异性质。进一步，开发了熔盐辅助的氧化铱致密负载技术，制备了硼化物负载氧化铱催化剂，揭示出催化剂表面强耦合的TaOx/IrO2催化层是保证高催化活性和高稳定性的关键。依此催化剂构筑的催化层在0.15 mg/cm2铱载量条件下，表现出与商业氧化铱催化剂（铱载量2 mg/cm2）相当的性能，综合催化性能已达到中国重点研发计划和美国DOE2025目标。
4. 引入“反应-分散-分离-热处理”过程强化耦合技术，提高了催化剂颗粒均匀性及分散性，突破了铱基催化剂批量化制备的均一性和重现性瓶颈，完成了铱基催化剂批量化制备技术的成果转化。
针对催化剂批量放大过程中，成核、生长、分散等过程不均匀导致的一致性差问题，通过引入“反应-分散-分离-热处理”过程强化耦合技术，并结合反应装置的升级改造，建立了催化剂质量控制系统，实现了多孔铱催化剂、负载型铱催化剂的百克级批量化制备，克服了催化剂放大制备面临的一致性和重复性问题。相关催化剂批量化制备技术于2022年以现金1350万元（分三期付清）+公司股权（10.93%）协议转让给合肥动量守恒绿色能源有限公司，正在进行商业化推广。

代表成果

1. 邹晓新，梁宵，铱基固溶体钙钛矿催化剂SrTi(Ir)O3及其在电催化水裂解产氧中的应用，批准年份2020，专利号ZL 2018 1 1193533.0。已转化，350万元。
2. Z. Xie, X. Liang, Z. Kang, Y. Zou, X. Wang, Y. A. Wu, G. King, Q. Liu, Y. Huang, X. Zhao, H. Chen*, X. Zou*, High-Porosity, Layered Iridium Oxide as an Efficient, Durable Anode Catalyst for Water Splitting, CCS Chem., 2024, DOI: 10.31635/ccschem.024.202303586.
3. L. Wang, R. Du, X. Liang, Y. Zou, X. Zhao, H. Chen*, X. Zou*, Optimizing Edge Active Sites via Intrinsic In-Plane Iridium Deficiency in Layered Iridium Oxides for Oxygen Evolution Electrocatalysis, Adv. Mater. 2024, 2312608.
4. X. Liang, W. Yan, Y. Yu, K. Zhang, W. An, H. Chen, Y. Zou, X. Zhao, X. Zou*, Electrocatalytic Water Oxidation Activity-Stability Maps for Perovskite Oxides Containing 3d, 4d and 5d Transition Metals, Angew. Chem. Int. Ed., 2023, 62, e2023116.
5. Y. Wang, M. Zhang, Z. Kang, L. Shi, Y. Shen, B. Tian, Y. Zou, H. Chen*, Xiaoxin Zou*, Nano-Metal Diborides-Supported Anode Catalyst with Strongly Coupled TaOx/IrO2 Catalytic Layer for Low-Iridium-Loading Proton Exchange Membrane Electrolyzer, Nat. Commun. 2023, 14, 5119 .
6. L. Yang, L. Shi, H. Chen, X. Liang, B. Tian, K. Zhang, Y. Zou, X. Zou*, A Highly Active, Long-Lived Oxygen Evolution Electrocatalyst Derived from Open Framework Iridates, Adv. Mater., 2023, 35, 2208539.
7. X. Liang, L. Shi, R. Cao, G. Wan, W. Yan, H. Chen, Y. Liu, X. Zou*, Perovskite-Type Solid Solution Nano-Electrocatalysts Enable Simultaneously Enhanced Activity and Stability for Oxygen Evolution, Adv. Mater., 2020, 32, 2001430.
8. H. Chen, L. Shi, X. Liang, L. Wang, T. Asefa, X. Zou*, Optimization of Active Sites via Crystal Phase, Composition and Morphology for Efficient Low-Iridium Oxygen Evolution Catalysts, Angew. Chem. Int. Ed., 2020, 59, 19654.
9. X. Ai, X. Zou, H. Chen, Y. Su, X. Feng, Q. Li, Y. Liu, Y. Zhang, X. Zou*, Transition-Metal-Boron Intermetallics with Strong Interatomic d-sp Orbital Hybridization for High-Performance Electrocatalysis, Angew. Chem. Int. Ed., 2020, 59, 3961.
10. X. Liang, L. Shi, Y. Liu, H. Chen, R. Si, W. Yan, Q. Zhang, G. Li, L. Yang, X. Zou*, Activating Inert, Nonprecious Perovskites with Iridium Dopants for Efficient Oxygen Evolution Reaction under Acidic Conditions, Angew. Chem. Int. Ed., 2019, 58, 7631.

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