光电催化分解水产氢系统

近日，华南师范大学化学学院教授兰亚乾团队首次报道了水中绿色合成双功能酞菁-卟啉共价有机框架（COFs）并成功用于电催化CO2还原耦合甲醇氧化。相关成果发表于《国家科学评论》。　　在光电催化领域，金属酞菁与卟啉分子由于表现出多种催化活性而被广泛研究。然而，如何将金属酞菁与卟啉两种功能分子有效结合，实现两者功能的耦合而进一步用于串联催化反应是一个巨大挑战。　　已有报道将酞菁与卟啉分子进行共价偶联形成功能有机分子，但均不可避免使用有毒溶剂来进行合成反应。另一方面，在电催化能源转化中，电催化CO2还原结合有机氧化是生产高附加值化学品和提高能源效率的一种有前途的策略。然而，由于缺乏合适的电催化剂，实现有效的氧化还原偶联反应仍然具有挑战性。　　为解决以上问题，研究人员首次发展了在纯水相中的绿色水热合成法将金属酞菁与卟啉共价组装合成聚酰亚胺连接的共价有机框架材料NiPc-2HPor COF，并且通过进一步金属后修饰合成了氧化还原双功能NiPc-NiPor COF。　　更重要的是，由于NiPc-NiPor COF的高导电性和明确定义的双活性位点，在双活性位点的协同作用下，所合成的酞菁-卟啉COFs实现了同时高效CO2还原与甲醇氧化反应，且在低电压（2.1 V）下具有显著的长期稳定性。此外，原位红外实验证据和密度泛函理论计算表明，ECR过程主要在NiPor的辅助下在NiPc单元上进行，而MOR更倾向于NiPor与NiPc的结合。NiPc-NiPor COF的两个单元协同促进耦合氧化还原反应。　　该研究工作首次实现了绿色化学合成酞菁-卟啉共价有机框架用于耦合多相催化的双功能催化剂的设计，为晶体材料多功能催化剂开辟了新的视野。

近日，湖北工业大学理学院（芯片产业学院）程正旺等提出了一种基于匹配带隙和功函数的p-n异质结，不仅促进了可见光吸收，还极大地提高了光生载流子的分离与迁移效率，实现了高效、稳定的PEC可见光析氢。今天小编为大家分享该研究成果，希望对您的科学研究或工业生产带来一些灵感和启发。应用方向：清洁能源，光电催化，分解水制氢，异质结正文：光电催化分解水制氢（H2）为解决能源消耗与环境污染问题提供了重要的解决方案，在实现我国“双碳”战略目标方面具有重要意义。然而，受限于单一催化剂有限的光吸收能力和光生电子-空穴对的复合，导致可见光条件下的光电催化效率并不理想。因此，如何设计和合成高效、稳定的分解水光电催化剂成为领域内的核心课题。针对上述科学问题，湖北工业大学理学院（芯片产业学院）程正旺等提出了一种基于匹配带隙和功函数的p-n异质结，不仅促进了可见光吸收，还极大地提高了光生载流子的分离与迁移效率，实现了高效、稳定的PEC可见光析氢。该工作以“Construction of nanorod-shaped TiO2/Cu3N p–n heterojunction for efficient visible-light hydrogen evolution”为题发表在国际期刊Journal of Materials Chemistry C上。程正旺等采用磁控溅射法，将p型Cu3N薄膜沉积到一维 n型TiO2纳米阵列上，形成了TiO2/Cu3N p-n异质结。得益于合适的能隙和内建电场的协同作用，形成的TiO2/Cu3N p-n异质结不仅将带隙从TiO2的3.09 eV减小到TiO2/Cu3N的2.01 eV，光响应范围也从从紫外区扩展到可见光区域。此外，光生电子-空穴对的分离和转移效率明显改善，平均载流子寿命延长了3倍。进一步地，在 420 nm可见光照射和-0.97 V vs. RHE（可逆氢电极）条件下，光电流密度从TiO2的-0.33 mA/cm2提高到TiO2/Cu3N的-4.66 mA/cm2，提高了约14.12倍。此外，构建的TiO2/Cu3N异质结表现出稳定的PEC析氢性能，相应的可见光分解水产氢速率达到6.98 µ mol/cm2/h。以上结果表明：构建具有合适带隙和功函数的p-n异质结是提高TiO2光电催化性能的一种有效途径，并且有望应用于其他光电催化剂。本项研究为设计和制备高效、低成本、无毒的PEC分解水电极和其他光电子化学应用提供了一条有效的途径。图1. 样品制备流程示意图。图2. TiO2/Cu3N样品的X射线衍射图谱（XRD）。图3. TiO2 (a)，Cu3N (b)和TiO2/Cu3N的莫特-肖特基曲线（MS）；TiO2/Cu3N界面的TEM图像；理论计算的平面平均电势，(e) TiO2(101)，(f) Cu3N(110)。图4. 直接带隙TiO2、TiO2/Cu3N ((αhν)2~hν)和间接带隙Cu3N ((αhν)1/2~hν)的紫外-可见漫反射光谱(DRS) (a)和相应的Tauc图(b)。图5. (a) 稳态光致荧光(PL)光谱，(b) 时间分辨PL (TRPL)光谱。图6. (a) TiO2、Cu3N及TiO2/Cu3N的表面光电压谱（SPV）；(b) 在-0.97 V vs. RHE和 420 nm光照射条件下，TiO2、Cu3N及TiO2/Cu3N的光电流密度-电压曲线；(c) 电化学阻抗Nyquist图。图7. (a) TiO2/Cu3N在 420 nm可见光照射下PEC产氢H2的循环稳定性。(b)本研究中TiO2/Cu3N的平均产氢速率与报道的TiO2基异质结结果的比较。图8. 420 nm可见光照射下，TiO2/Cu3N p-n异质结的光生载流子迁移与光电催化分解水析氢机理图。关于此文章的更多细节请查看原文链接：https://doi.org/10.1039/D4TC00916A 配置推荐本文中TiO2及TiO2/Cu3N发光测试使用卓立汉光公司的OmniFluo990稳态瞬态荧光光谱仪完成。OmniFluo990为模块化搭建结构，通过搭配不同的光源、检测器和各类附件，为紫外/可见/近红外发光测试提供综合解决方案，也为光电催化分解水制氢催化剂的研发提供有利工具。免责声明 北京卓立汉光仪器有限公司公众号所发布内容（含图片）来源于原作者提供或原文授权转载。文章版权、数据及所述观点归原作者原出处所有，北京卓立汉光仪器有限公司发布及转载目的在于传递更多信息及用于网络分享。 如果您认为本文存在侵权之处，请与我们联系，会第一时间及时处理。我们力求数据严谨准确， 如有任何疑问，敬请读者不吝赐教。我们也热忱欢迎您投稿并发。

近日，大连化物所催化基础国家重点实验室、太阳能研究部(DNL16)李灿院士、博士后李政和李仁贵研究员等在纳米颗粒光催化完全分解水制氢的逆反应(氢气和氧气复合生成水的反应)研究方面取得新进展，确认光催化完全分解水逆反应发生于低配位活性位点，并利用原子层沉积技术精准定点修饰抑制逆反应，从而显著提升了光催化完全分解水的性能。 　　太阳能光催化完全分解水制氢不仅具有重要的应用背景，更是基础科学领域的前沿课题。其中，光催化完全分解水体系中助催化剂表面的氢氧逆反应是该领域长期未解决的重要问题。逆反应的存在使得完全分解水光催化体系的效率很低，甚至无法实现分解水反应，是光催化完全分解水的“最后一公里”。李灿团队长期致力于光催化分解水中助催化剂及其表面的催化作用研究，取得了系列重要进展：在国际上较早提出并发展了双助催化剂概念(J. Catal.，2009；Catal. Lett.，2010；Acc. Chem. Res.，2013；Energy Environ. Sci.，2016)，并开发出单核锰水氧化催化剂，活性可媲美自然界水氧化催化剂的产氧活性(Nat. Catal.，2018)，受到学术界的广泛关注。本工作聚焦光催化完全分解水体系中助催化剂表面的氢氧逆反应问题，以典型的可见光催化完全分解水的催化剂Rh/GaN-ZnO作为研究对象，通过原子层沉积(ALD)的方式将氧化铝(Al2O3)沉积到光催化剂反应中心，可显著提升光催化全分解水的活性。研究发现，ALD沉积Al2O3可以使Rh/GaN-ZnO上的逆反应降低90%，进一步通过光谱表征结合理论模拟证明，Al2O3主要沉积在Rh纳米颗粒表面的低配位点上，揭示出Rh表面的低配位点是氢氧逆反应的主要反应位点。团队通过ALD选择性地将Al2O3沉积到Rh表面低配位点上，有效阻断了氢氧逆反应的发生，从而将Rh/GaN-ZnO上可见光催化完全分解水的量子效率从0.3%提升至7.1%。此外，本工作还发现ALD选择性沉积氧化物的策略还适用于其他贵金属助催化剂，证明了这一策略的普适性。该工作明确了光催化完全分解水中氢氧逆反应的活性位点和机制，为解决这一挑战性问题提供了一条新的普适性策略。 　　相关研究成果以“Blocking the reverse reactions of overall water splitting on a Rh/GaN–ZnO photocatalyst modified with Al2O3”为题，于近日发表在《自然—催化》(Nature Catalysis)上。该工作的共同第一作者是李政和李仁贵。该工作的理论模拟部分主要与催化基础国家重点实验室理论催化创新特区研究组(05T8组)肖建平研究员团队合作完成。上述工作得到了国家自然科学基金委人工光合成中心、国家重点研发计划等项目的支持。

2018年3月30日－4月1日，由湖南大学主办的“第一届电催化与电合成国际研讨会 (“2018 International Symposium on Electrocatalysis and Electrosynthesis”)在星城长沙顺利召开。 本次会议的目的是对电催化与电合成的研究进行讨论和思考，专注于能源电催化、燃料电池电催化、电解水电催化、光电催化、电催化合成等方面的研究。共有约500名研究人员，学者，博士，业界专业人员参与了此次盛会。瑞士万通携旗下电化学产品参加了此次会议。大会开幕式现场 大会开幕式上，厦门大学孙世刚院士为大会致开幕词。本次会议分为大会报告和三个分论坛举行，共近150场学术汇报。瑞士万通展台 会场外，瑞士万通设立了展台，展出了电化学拉曼光谱仪和旋转环盘电极（RRDE），吸引了众多学者前来交流讨论，不少专家对我们的仪器产生了浓烈的兴趣。 RRDE 旋转环盘电极主要特点：独特的汞密封技术，将固-固接触变为固-液接触，实现静音工作，终身免维护内置光电测速系统，实现对转速的闭环控制，在10000rpm下的误差不超过2rpm可完全密封，满足用户对环境的苛刻要求体积仅为同类产品的1/10，小巧的体积可以轻松放入手套箱中 关于Metrohm Autolab三十多年来，Metrohm Autolab恒电位/恒电流仪在品质，可靠性和耐用性方面，已经成为电化学领域的标杆！我们致力于为从事电化学研究的用户，提供最前沿的仪器，控制软件，附件和应用方案 。Mmetrohm Autolab为满足电化学研究的需要，提供一系列仪器，包括紧凑型，经济型仪器，灵活的模块化系统，以及可以同时测定多个样品的多通道工作站。

2023年4月7-9日，2023电催化与电合成国际研讨会在长沙普瑞酒店隆重召开。本届会议由由中国化学会电化学专业委员会和湖南大学共同主办，湖南大学化学化工学院承办。会议的宗旨是共享电催化与电合成研究创新成果与前沿技术、加强学术交流与探讨、拓宽研究思路，促进学术成果转化。会议名家荟萃、大咖云集，有来自中国、加拿大、澳大利亚、新加坡等国家的相关专家、学者、产业界人士与会进行学术交流。本届研讨会围绕会议主题采取大会报告、基础电化学讲座、主题报告和优秀青年人才论坛+资深专家点评等交流模式。设立了电催化、有机电合成、环境催化、光电催化、理论机制与方法、能源电化学、优秀青年人才论坛(专家点评)多个主题分会。岛津发表岛津分析计测事业部市场部资深专家龚沿东做了题目为《射线光电子能谱技术在催化材料研究中的应用》的报告。催化剂如今已经广泛应用于化工合成以及其他很多领域（如化肥生产、各种高分子材料合成，以及汽车尾气排放等等），使得原本必须在极其特殊条件下（高温、高压等）才能发生的化学反应可以在相对宽松的条件下就可以进行，并使反应效率得到很大的提高。由于所有的催化反应都是在催化剂表面几个原子层内进行的，而催化剂材料表面的形貌特征（包括晶体取向）都对催化效果有非常大的影响，其机理在于表面能的大小对反应物的选择性吸附有决定性的作用。利用XPS可以研究催化剂表面的元素成分及其所处的状态，从而对吸附和脱附的机理进行表征；通过在真空系统内引入反应气体，可以进行原位的吸附与脱附研究；通过对失效（中毒）的催化剂的表面元素成分与价态的研究，就可以为催化剂的活化提供必要的理论依据。岛津展位本文内容非商业广告，仅供专业人士参考。

3月30日至4月1日，由中国化学会主办，中国化学会电化学专业委员会和湖南大学共同承办的2018电催化与电合成国际研讨会在长沙召开。开幕式由大会共同主席王双印教授主持，中国化学会常务理事，厦门大学孙世刚院士，湖南大学谭蔚泓院士，曹一家副校长出席活动。来自5个国家和地区，100多家国内外高校，研究机构近500名电催化与电合成领域的学者参加了会议。 北京中教金源科技有限公司作为光电催化领域的国内知名的实验室设备仪器生产商和提供商，全方位系统解决方案供应商也应邀参加了本次会议。 会议设置主会场1个，分会场3个，大会主题报告1个，大会报告13个，分会主题报告21个。邀请报告51个和口头报告15个。厦门大学孙世刚院士，武汉大学庄林教授，吉林大学林海波教授，新加坡南洋理工大学楼雄文教授，国家纳米科学中心唐智勇研究员，中山大学童叶翔教授，澳大利亚格里菲斯大学姚向东教授，重庆大学魏子栋教授，澳大利亚科廷大学蒋三平教授，阿德莱德大学乔世璋教授，加州大学圣克鲁兹分校陈少伟教授等做了报告。 会议充分展示和交流了近年来我国广大科技工作者在电催化与电合成领域所取得的最新进展和突出成果，深入探讨了该领域当前所面临的机遇，挑战及未来发展方向，为电催化与电合成的研究提供了新理念，新思路，新举措。 本次会议中教金源由蔡总亲自带队，携2018全力打造的新产品高温光热催化反应系统（光热协同）参会。会议现场中教金源展台蔡总和客户交流

近日，大连化物所催化国家重点实验室分子催化与原位表征研究组（503组）李灿院士、范峰滔研究员等在液相原位电化学成像的研究方面取得新进展，实现了电催化过程中电荷转移过程的纳米尺度直观成像，直接观察到金属电极在微纳尺度存在空间差异的界面内电势差，突破了人们在传统电化学方面对电子转移过程的认识。　　电化学反应的内在驱动力是电化学势，而电化学势的决定因素是界面内电位差，即电子转移情况。如何探测界面电势的局域分布，揭示其与电子转移动力学之间的内在关系对于纳米催化剂的反应机理的认识至关重要。一直以来，研究人员就设想通过纳米探针观测反应过程的电子转移情况，但该尺度下的电流极其微弱，常常受到外界噪音干扰。另外，液相中化学物种的扩散过程常常使电化学成像难以稳定。更重要的是，在电催化过程中，催化反应与电子转移过程卷积在一起，使得该电子转移过程难以直接探测。　　本工作中，李灿团队建立了具有纳米级空间分辨率的原子力显微镜和扫描电化学成像联用的表征方法。该方法利用纳米探针的移动扫描测量了能够转移电子的外球电对分子和催化产物分子的局域分布，实现了对电子转移过程和电催化反应过程的原位反应成像。在金属纳米颗粒上的电子转移成像发现，该过程呈现位点依赖的空间异质性，突破了人们对金属电极上电子转移过程的微观认识。同时，通过解耦传质效应对界面电子转移的干扰，数学建模的有限元方法提取速率常数和内电势差测量等一系列精细的实验，揭示了空间差异的界面内电势差与电子转移速率常数对数间的线性关系。该方法在电化学领域对电子转移过程和催化反应实现原位观测，对原位成像技术的发展以及电催化过程机理探测方面提供新思路。　　国际同行认为，该工作是原位扫描电化学探针技术的一个新里程碑，这也使人们可以从物理化学底层原理出发，发现纳米催化剂的结构—性能关系。　　李灿团队长期致力于太阳能光催化、光电催化、电催化以及催化光谱表征的前沿科学研究，取得了系列成果，特别是利用自主研发的空间分辨的表面光电压显微镜对光催化剂表面光生电荷给出了可视化图像，在国际上最早将其应用到微纳尺度光催化材料电荷分离的成像研究（Angew. Chem. Int. Ed., 2015；Nature Energy, 2018；Angew. Chem. Int. Ed., 2020等）中。　　相关研究成果以“Visualizing the Spatial Heterogeneity of Electron Transfer on a Metallic Nanoplate Prism”为题，发表在《纳米快报》（Nano Letters）上。该工作的第一作者是大连化物所503组博士研究生聂伟。该工作得到国家自然科学基金委，“人工光合成”基础科学中心项目、中科院和大连化物所等相关项目的资助。　　文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.1c03529

近日，中科院大连化物所催化基础国家重点实验室、太阳能研究部(DNL16)李灿院士，李仁贵研究员等在光催化水氧化研究方面取得新进展。 　　团队仿习自然光合体系中电荷传输链的原理，基于团队发现的半导体光催化剂晶面间光生电荷分离现象，在铬酸铅光催化剂光生空穴富集的氧化晶面上可控组装氧化石墨烯作为电荷传输层，进而将钴立方烷分子催化剂选择性组装到氧化石墨烯电荷传输层，实现了光生空穴从铬酸铅光催化剂至钴立方烷分子催化剂之间的快速传输，显著提升了光催化水氧化性能。 　　光催化分解水制氢是将太阳能转化为化学能的重要途径之一。其中，光生空穴参与的水氧化反应是涉及多电子多质子转移的复杂过程，是光催化分解水反应的关键。虽然负载合适的水氧化助催化剂有助于提高水氧化反应性能，但是半导体与水氧化助催化剂之间的界面势垒会阻碍光生电荷的传输和利用。李灿团队长期从事太阳能人工光合成过程中的关键基础科学问题研究，尤其在光催化分解水研究方面，先后在国际上提出双助催化剂策略(J. Catal.，2009；Catal. Lett.，2010；Acc. Chem. Res.，2013)、在光电催化分解水研究中发现部分氧化的石墨烯在水氧化催化剂和捕光半导体之间具有类似自然光合作用过程中酪氨酸的电荷传输功能(J. Am. Chem. Soc.，2018)、实验上确认了晶面间光生电荷分离效应(Nature Comm.，2013；Energy Environ. Sci.，2016；Angew. Chem. Int. Ed.，2020；Angew. Chem. Int. Ed.，2022)、提出可规模化太阳能分解水制氢的氢农场策略(Angew. Chem. Int. Ed.，2020)，提出光催化完全分解水氢氧逆反应抑制新策略(Nature Catal.，2023)等，受到了国际学术界的广泛关注。 　　研究团队借鉴自然光合系统电荷传递链中酪氨酸等电荷传输媒介的作用，利用铬酸铅光催化剂光生电子和空穴在不同暴露晶面间的光生电荷分离性质，借助超声辅助的手段在铬酸铅光生空穴富集的氧化晶面上可控组装氧化石墨烯电荷传输层。 　　进一步，团队确认通过氧化石墨烯电荷传输层与钴立方烷水氧化催化剂之间强的范德华作用力，可以选择性地将钴立方烷分子催化剂吸附到铬酸铅的氧化晶面，从而实现了光生空穴从铬酸铅到钴立方烷分子催化剂的有效传输，显著提升了铬酸铅的光催化水氧化性能。 　　此外，团队通过表面光电压谱等手段证明，在铬酸铅氧化晶面与钴立方烷分子之间引入氧化石墨烯电荷传输媒介，可以有效抑制光生电荷在界面的复合，延长光生电荷的寿命，显著提升光催化水氧化反应性能。 　　该工作发展了基于仿生思路实现光生电荷传输和助催化剂可控构筑的策略，为微纳尺度上高效人工光催化剂的理性设计和构筑奠定了基础。 　　相关研究成果以“Graphene Mediates Charge Transfer between Lead Chromate and a Cobalt Cubane Cocatalyst for Photocatalytic Water Oxidation”为题，于近日发表在《德国应用化学》(Angewandte Chemie International Edition)。该工作的第一作者是503组联合培养博士研究生蒋文超。以上工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金委“人工光合成”基础科学中心项目等资助。

北京卓立汉光仪器有限公司光谱事业部受邀参加 2016年第十五届全国太阳能光化学和光催化会议，该会议将全面展示中国太阳能光化学、光催化及太阳能电池领域所取得的最新进展及成果，本次会议将是我国太阳能光化学、光催化及太阳能电池科研工作者的一次盛会。 会议时间：2016年8月21-24日 会议地点：山东大学我司在现场设有展位，随时欢迎您的莅临！我司能够为您提供的优质产品：大会报告内容抢先看：时间：2016年8月21日主持人：赵进才10:30-11:10孟庆波中国科学院物理研究所高效有机无机杂化钙钛矿太阳能电池研究11:10-11:50李朝升南京大学光电极材料探索及光电催化分解水的性能研究午餐（12:00-13:30）主持人：林原14:00-14:40王心晨福州大学石墨相氮化碳光催化14:40-15:20张纯喜中国科学院化学研究所从自然光合作用到人工光合作用

p style="text-align: justify " 近日，中国科学院大连化学物理研究所太阳能研究部中科院院士李灿、研究员章福祥等在宽光谱捕光催化剂Z机制全分解水制氢研究中取得新进展。研究结果发现，通过设计和调控BiVO4表面助催化剂Au的担载，以及双助催化剂（Au和CoOx）的选择性负载，可有效促进BiVO4的产氧性能及其与氧化还原电对离子间的电荷传输，并基于此构筑了高效的可见光Z机制全分解水体系，其表观量子效率超过10%（420nm激发）。相关结果在线发表在Cell旗下的Joule期刊上。/pp style="text-align: justify " 基于光催化剂粉末悬浮体系实现太阳能全分解水产氢有望成为经济可行的太阳能转换方式之一。近年来，李灿和章福祥团队一直致力于利用宽光谱响应材料构筑Z机制全分解水体系，期间发展了“一锅氮化”构筑异质结促进电荷分离的新方法，解决了含氮化合物在空气或惰性气体下热稳定性差、不易构筑异质结的实验难题，进而构筑了多个Z机制全分解水制氢体系（Angew. Chem. Int. Ed., Chem. Sci.）。此外，该团队发展了氨气流保护负载放氧助催化剂的新方法，极大提升了宽光谱捕光催化剂的放氧性能；在此基础上又发现助催化剂的分散性对界面电荷分离有极大影响，其受界面的亲疏水属性影响明显，例如：通过Ta3N5表面氧化镁层修饰不仅可促进助催化剂分散和界面电荷分离效率，而且可有效抑制Z机制中的竞争反应，最终使Z机制全分解水制氢成为可能（相关结果发表在J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., J. Catal., Appl Catal B: Environ.等）。通过不断努力，该团队不仅成功拓展了Z机制全分解水制氢中产氢和产氧端催化剂对可见光的利用范围（产氢端由510nm拓展至650nm 产氧端由450nm拓展至590nm），而且将粉末体系Z机制可见光催化全分解水制氢的表观量子效率记录不断刷新。/pp style="text-align: justify " 该研究利用具有单电子转移、适宜中性环境且具有较低氧化还原电位的[Fe(CN)6]3-/[Fe(CN)6]4-为氧化还原电对，基于其前期实验发现，BiVO4不同晶面间存在光生电子和空穴空间分离（Nature Commun.），采用双助催化剂（Au/CoOx）在BiVO4的{010}和{110}晶面上的选择性沉积策略使得产氧性能大幅提升。在此基础上通过耦合具有较宽可见光响应的产氢端，实现了高效的Z机制全分解水，取得了10.3%（420nm激发）的全分解水制氢量子效率，刷新了该团队以前保持的6.8%（420nm激发）的记录。此外，研究同时发现Au纳米粒子的担载有利于从BiVO4抽取电子向[Fe(CN)6]3-的转移。以上研究结果为今后进一步发展高效可见光完全分解水体系奠定了基础。/pp style="text-align: justify " 该研究工作获得基金委、科技部、中科院以及能源材料化学协同创新中心等资助。/pp/pp style="text-align: center "img src="https://img1.17img.cn/17img/images/201809/uepic/6551cab8-9ba1-4a04-9214-029bf98e67ba.jpg" title="W020180903502854063554.jpg" alt="W020180903502854063554.jpg"/br/大连化物所宽光谱捕光催化剂全分解水制氢研究取得新进展/ppbr//p

p近日，中国科学院大连化学物理研究所太阳能研究部中科院院士李灿、研究员章福祥等在宽光谱捕光催化剂Z机制全分解水制氢研究中取得新进展。研究结果发现，通过设计和调控BiVO4表面助催化剂Au的担载，以及双助催化剂(Au和CoOx)的选择性负载，可有效促进BiVO4的产氧性能及其与氧化还原电对离子间的电荷传输，并基于此构筑了高效的可见光Z机制全分解水体系，其表观量子效率超过10%(420nm激发)。相关结果在线发表在Cell旗下的Joule 期刊上。/pp　　基于光催化剂粉末悬浮体系实现太阳能全分解水产氢有望成为经济可行的太阳能转换方式之一。近年来，李灿和章福祥团队一直致力于利用宽光谱响应材料构筑Z机制全分解水体系，期间发展了“一锅氮化”构筑异质结促进电荷分离的新方法，解决了含氮化合物在空气或惰性气体下热稳定性差、不易构筑异质结的实验难题，进而构筑了多个Z机制全分解水制氢体系(Angew. Chem. Int. Ed., Chem. Sci.)。此外，该团队发展了氨气流保护负载放氧助催化剂的新方法，极大提升了宽光谱捕光催化剂的放氧性能 在此基础上又发现助催化剂的分散性对界面电荷分离有极大影响，其受界面的亲疏水属性影响明显，例如：通过Ta3N5表面氧化镁层修饰不仅可促进助催化剂分散和界面电荷分离效率，而且可有效抑制Z机制中的竞争反应，最终使Z机制全分解水制氢成为可能(相关结果发表在J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., J. Catal., Appl Catal B: Environ.等)。通过不断努力，该团队不仅成功拓展了Z机制全分解水制氢中产氢和产氧端催化剂对可见光的利用范围(产氢端由510nm拓展至650nm 产氧端由450nm拓展至590nm)，而且将粉末体系Z机制可见光催化全分解水制氢的表观量子效率记录不断刷新。/pp　　该研究利用具有单电子转移、适宜中性环境且具有较低氧化还原电位的[Fe(CN)6]3-/[Fe(CN)6]4-为氧化还原电对，基于其前期实验发现，BiVO4不同晶面间存在光生电子和空穴空间分离(Nature Commun.)，采用双助催化剂(Au/CoOx)在BiVO4的{010}和{110}晶面上的选择性沉积策略使得产氧性能大幅提升。在此基础上通过耦合具有较宽可见光响应的产氢端，实现了高效的Z机制全分解水，取得了10.3%(420nm激发)的全分解水制氢量子效率，刷新了该团队以前保持的6.8%(420nm激发)的记录。此外，研究同时发现Au纳米粒子的担载有利于从BiVO4抽取电子向[Fe(CN)6]3-的转移。以上研究结果为今后进一步发展高效可见光完全分解水体系奠定了基础。/pp　　该研究工作获得基金委、科技部、中科院以及能源材料化学协同创新中心等资助。/pp style="text-align: center "img title="54.jpg" alt="54.jpg" src="https://img1.17img.cn/17img/images/201809/uepic/78441239-c803-421d-92ba-a3a5ddc2a895.jpg"//pp/p

近日，中国科学院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室及洁净能源国家实验室中科院院士李灿和&ldquo 百人计划&rdquo 学者章福祥研究员负责的宽光谱响应半导体光催化分解水研究取得新进展：通过对宽光谱捕光材料Ta3N5 (Eg: 2.1 eV，吸收带边可至600 nm)与高效氧化助催化剂CoOx之间的界面进行MgO纳米层修饰，不仅改善了CoOx与其界面接触和分散状态，而且还对半导体Ta3N5表面起到钝化保护作用，使光催化体系在可见光长波段500&minus 600 nm激发条件下的分解水放氧量子效率(AQE)，由文献最高值5.2%提升至目前的11.3%。相关研究结果在线发表在《德国应用化学》期刊上。　　太阳能光催化分解水制氢是实现太阳能光-化学转化的重要反应，被认为是化学领域的一个&ldquo 圣杯&rdquo 式的反应。光催化水分解反应主要涉及质子还原和水氧化两个半反应，其中水氧化是涉及多电子转移、热力学爬坡的反应，被认为是实现上述太阳能光化学转化的速控步。太阳能光催化转化涉及如何实现太阳能宽光谱利用、如何实现高效的光生电荷分离以及表面的催化转化等关键科学问题，然而随着半导体催化剂吸收带边的红移，其驱动光生电荷分离以及水分解(还原、氧化)的能力就随之变弱。因此，太阳光的充分利用与光生电荷的高效分离常常不易兼得，要实现宽光谱响应的光催化剂高效水氧化过程是一个非常具有挑战性的难题。　　助催化剂可有效促进光生电荷分离和催化转化，李灿研究团队在国际上明确提出了双助催化剂策略(Acc. Chem. Res. 2013, 46, 2355)。最近几年，为了攻克宽光谱响应光催化剂上水氧化这一科学难题，他们发展了高温负载廉价助催化剂CoOx的策略，在LaTiO2N (Eg: 2.1 eV)上取得了比传统贵金属IrO2和RuO2助催化剂更高的放氧性能(J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 8348-8351.)，随后又成功地将这种CoOx负载策略拓展到了新开发的宽光谱响应的氮掺杂氧化物Sr5Ta4O15-xNx 和MgTa2O6&minus xNx材料体系上(J. Mater. Chem. 2013, 12, 5651 Chem. Commun. 2014, 50, 14415)。　　该研究进一步利用MgO纳米层调变宽光谱响应半导体Ta3N5与助催化剂CoOx之间的界面性质，通过改变半导体材料表面的亲疏水性，改善了助催化剂的纳米分散以及界面间电荷的转移，取得了目前宽光谱响应光催化剂上分解水放氧反应的最高量子效率，为发展高效的光催化体系提供了新策略。　　该研究工作获得基金委重大基金、科技部&ldquo 973&rdquo 项目以及中科院&ldquo 百人计划&rdquo 人才项目资助。宽光谱响应光催化剂分解水研究取得新进展

电化学----“古老又年轻”电催化作为纳米材料和能源化学领域的研究热点，是未来新能源存储与转化技术的关键所在，如以电解水制氢和燃料电池为核心的氢能产业。除了可以通过小分子的活化转化将可再生能源存储为化学能，电催化更有魅力的地方在于温和、可控、绿色的化学品合成。其实，电化学的发展史是非常有渊源的。早在1893年Thompson发现电子以前，电化学的基本原理和规律就已从实验中得出。 图1：1780年Galvani发现“生物电”现象电化学的起源可以追湖到1780年Galvani从生命体系中发现的“生物电”现象，它揭示了生物学和电化学之间的深奥联系。 图2：1800年Volta发明利用电化学原理连续供电的伏打电堆1800年Volta发明了人类*个电池，它是利用电化学原理制成的*个具有实用价值的连续供电装置。（图1-2）早期，科学家主要是依赖对电流、电位、电容和电量等电化学参数的测量和分析研究，获得的宏观数据限制了对电极界面结构和反应历程的实质性认识。电化学*的进步发生在20世纪的后30年间，把光谱技术同电化学方法结合在同一电解池中工作，从而实现在分子水平上认识电化学现象和规律。随着光谱、波谱技术从60年代，特别是80年代以来的迅速发展，原位光、波谱电化学方法，以及理论计算方法在电化学过程动力学的研究方面日益受到重视并得到了广泛应用。经过近100年的发展，电催化从最初作为电化学科学的一个分支，目前已经成为一门交叉性极强的学科，科学家也在不断挖掘新的合成路径来提高电催化性能。催化剂“动起来”更有效率近期，美国化学学会Chemrxiv预印本期刊发表的一篇文章中使用Vapourtec离子电化学反应器开发了一种用于生成六元二锂盐的多相连续流，该例建立了一种生成六元二芳基碘酸盐的多步连续流动方法。这是对现有批处理方法在可伸缩性和原子经济方面的一个显著改进。该方法Friedel-Crafts类烷基化中使用容易获得的乙酸苄基酯，而随后的阳极氧化环化直接生成相应的环状碘鎓盐。* Friedel-Crafts 反应（傅-克反应）指芳香化合物在酸（Lewis酸或质子酸）催化下与卤代烃和酰卤等亲电试剂作用，在芳环上导入烷基或酰基的反应，分为Friedel-Crafts烷基化反应和Friedel-Crafts酰基化反应。* 高价碘化合物（HVI）是合成化学家公认的试剂。它们被描述为其他危险过渡金属的替代品。这是由于它们在亲电基团转移、光催化或有机催化中的巨大反应性，以及它们作为天然产物合成的构建块的实用性。在这篇研究文章中，科学家通过Brø nsted酸介导的Friedel-Crafts反应，然后进行氧化环化，以形成所需的CDIS 1，改进了碘油烯的形成。这种合成方法是以邻碘苄基醇为起始原料。它允许在短的反应时间内完成各种繁琐的合成CDIS方法。流动化学可显著提高电催化剂的抗疲劳性和稳定性，甚至可以让很不稳定的催化剂达到持久稳定的催化效果。合成挑战一个显著的缺点是使用化学计量量的化学氧化剂，这降低原子经济性并需要额外的处理程序。解决方案碘烯的阳极氧化。电化学是一种非常经济的工具，可以避免使用化学氧化剂合成高价碘试剂。碘芳烃在电池内或电池外电化学过程中都是合适且成熟的介质。HVI、DIS和CDIS通过阳极氧化产生。电化学工艺的明显优势，因为不需要进一步稀释或添加，所以其在流动中的实验操作简单直接。因此，将已经建立的针对CDIS 1的传统合成法转化为多步电化学流程，从而提高反应时间、原子经济性和可扩展性。实验过程1、建立分批优化的反应条件 在分批条件下电化学氧化和环化中间体碘油烯，通过初步观察，确定三氟甲磺酸适合环化并作为抗衡离子。2、引入流动化学在仅两当量的TfOH以74%的产率形成产物1a。但是研究人员发现由于需要额外的苯，这些反应条件不能转移到多步骤反应中，会形成堵塞流动反应器的黑色沉淀物。 3、两步流程优化 反应在Vapourtec离子电化学流动反应器中进行，分别采用玻璃碳 (GC) 阳极和铂阴极。收率是基于在各自条件下通过两个反应器体积后的20 min (0.200 mmol) 收集。4、研究不同对位取代芳烃 在Vapourtec离子电化学流动反应器中研究了不同的对位取代芳烃。通过使用仲苄基醇来衍生苄基位置，在0°C下，3g转化的Friedel-Crafts步骤缩短了约10倍。实验总结1、开发了*个多步连续流动程序，用于生成环状六元二芳基碘鎓盐；2、从容易获得的乙酸苄基酯开始，将Friedel-Crafts烷基化与随后的阳极氧化环化相结合。由于这些反应的条件相当苛刻，该方法目前受到使用的窄原料的限制；3、未来可以通过解决窄原料的限制问题，实现其他基质和更高的产量；4、缩短反应时间，提高原子经济性和可扩展性。Vapourtec电化学反应器连续电化学反应电化学反应器一旦与Vapourtec流动化学系统集成，离子电化学反应器的温度可以控制在-10º C和100º C之间，这为探索开辟了广阔的化学反应空间。历史上，绝大多数电化学反应都是在室温下进行的，很少有冷却电化学反应的例子。辉瑞公司和日本庆应义塾大学最近发表的一些重要文献也表明，加热电化学反应时，反应结果会有很好的改善。 ● 集成或独立操作选项，易于组装/拆卸，无泄漏操作 ● 与E系列和R系列系统兼容 ● -10°C～+100°C ● 在高达5bar的压力下操作 ● 20种电极材料可用，使用5 cm x 5 cm扁平电极 ● 电极间距、电极面积和反应器体积的灵活性。*封面图来源于Pexels，其他图片来源于网络，旨在分享，如有侵权请联系删除参考文献：[1] One-Pot Synthesis and Conformational Analysis of Six-Membered Cyclic Iodonium Salts Lucien D. Caspers, Julian Spils, Mattis Damrath, Enno Lork, and Boris J. NachtsheimThe Journal of Organic Chemistry 2020 85 (14), 9161-9178 DOI: 10.1021/acs.joc.0c01125[2] https://chemrxiv.org/engage/chemrxiv/article-details/634bfda24a18762789e5c3b1

Angewandte chemie影响因子：16.6设计Ir-C4单原子催化剂，实现了超低电位( 0.1 V)高效催化级联甲醇氧化，采用岛津X射线光电子能谱仪AXIS SUPRA表征催化剂中的Ir的存在形式及反应过程。本文为湖南大学电催化与电合成实验室所作，第一作者为贡立圆博士、朱晓蓉副教授和Ta Thi Thuy Nga，通讯作者为湖南大学王双印教授、陶李副教授，文章发表于Angewandte Chemie International Edition（Angew. Chem. Int. Ed. 2024, e202404713）。甲醇氧化反应(MOR)是甲醇燃料电池或制氢的瓶颈反应。虽然甲醇氧化为二氧化碳的理论平衡电位接近氢氧化的平衡电位(0.04 V)，但多步反应途径阻碍了MOR的动力学。通常，MOR高度依赖于酸性电解质中的Pt基催化剂，然而MOR动力学迟缓和Pt催化剂中毒严重导致活性不理想，MOR的起始电位仍高达0.45 V。MOR也可用于取代电解水过程中的析氧反应( 1.23V)，以生产氢气和其他增值化学品，同样需要克服高过电位。近期，团队通过在高温聚合物电解质膜电解槽（HT-PEME）中将热催化与电催化相结合，开发了集成式热催化-电催化耦合反应体系，通过将醇类热化学脱氢与电化学氢泵相结合成功实现了热电耦合催化乙醇脱氢制备乙醛（PNAS., 2023, e2300625120）、热电耦合催化甲醇脱氢制备高纯氢气和CO（JACS., 2024, 146, 14, 9657-9664）以及低电位甲醇。相关研究表明，在HT-PEME中将热催化与电催化相耦合能够有效增强催化反应的速率和选择性，热电耦合能够相互协同促进。由于反应体系复杂，缺乏直接表征手段，目前缺乏直接证据证明热催化与电催化的相互协同。基于这一挑战，项目团队设计了Ir-C4单原子催化剂，实现了超低电位( 0.1 V)高效催化级联甲醇氧化。在高温聚合物电解质膜反应器中，具有较高甲醇吸附强度的缺电子Ir位点在电压作用下自发催化CH3OH脱氢生成CO，生成的CO和H2被电化学氧化为CO2和质子。而在没有电压的情况下，甲醇不能发生热分解，直接证明了电场对热催化反应的促进作用，为热电耦合协同催化提供了直接证据。利用单Ir原子催化剂在阳极组装甲醇氧化反应，阴极匹配析氢反应，可以实现最大产氢速率达到18 mol gIr-1 h-1，远高于Ir纳米粒子和商用Pt/C。该研究证明了单原子催化剂的电化学甲醇氧化活性，突破了以往的认知——过去的几十年里，碳上有一个孤立金属原子的单原子催化剂被认为无法催化甲醇氧化。该工作以一体化的理念拓宽了可再生能源装置和催化剂的设计。图1. X射线光电子能谱仪（岛津-KRATOS公司，AXIS SUPRA）图2. 热-电耦合催化甲醇氧化反应制氢体系的具体催化路径在HT-PEME中，施加电位之后甲醇在Ir-C单原子催化剂上由电促进热催化反应生成H2和CO，之后H2和CO在Ir-C单原子发生氧化反应，阴极发生氢析出反应生成H2。图3 Ir-C相关催化剂的EXAFS表征图4. Ir-C单原子催化剂、Ir颗粒催化剂XPS谱学测试通过EXAFS、XPS分析测试表明，Ir-C催化剂中的Ir主要是以单原子的形式存在，无Ir纳米颗粒。同时由于Ir原子与C载体之间的强相互作用，使Ir原子的电子结构发生了很大的变化，从而出现缺电子性质(Ir+)。特殊的几何结构和电子结构可能赋予Ir-C SACs具有优异的甲醇反应性。图5.Ir-C SACs和参比样品的甲醇氧化性能测试及在线产物分析如图5所示，当电解槽加热到80/100℃时，MOR的起始电压已低至0.4 V，随着温度的升高，MOR的起始电压逐渐降低。在160℃时，起始电压低于0.1 V，与理论平衡电位非常接近。研究结果表明，由于热和电化学耦合催化，甲醇可以被Ir单原子催化剂在超低电位( 0.1 V)下氧化。然而，同样条件下的Pt/C和Ir-C NP，其起始电位仍然很高，分别为0.3 V和0.4V。Ir-C SACs相比Pt位点和Ir颗粒位点的优异性能，证明了在热电化学耦合作用下IrC4位点独特的低电位甲醇氧化能力，表明其有巨大的Pt基催化剂替代能力。Ir(0.3)-C SACs在0.4 V(200℃)下的质量活度达到1.8 A mg-1Ir，比Ir-C NP和Pt/C分别高出约52倍和40倍。阴极HER对Ir(0.3)-C SACs(比Ir-C NP高3.3倍)的产氢率为0.2 ml min-1。质量比产氢速率最高达到18.3 mol H2h&minus 1gIr-1，与Ir-C NP和Pt/C相比，分别高出54倍和31倍。上述结果表明，得益于热学和电化学的耦合催化，Ir-C SACs的MOR和相应的产H2速率都表现出了显著的活性。阳极可以检测到CO、CO2、CH4和少量的H2证实热化学过程CH3OH → CO + 2H2，此外，超高的HOR和COOR活性证明了电化学氧化过程。本文的研究为热电耦合催化反应过程中热场-电场相互协同作用提供了直接证据，突破了以往关于MOR在Ir SACs上无活性的结论。该工作为设计高效催化反应和新型催化剂提供了指导。相关工作得到了岛津-KRATOS公司相关设备的大力支持。文献题目《Ultra-low-Potential Methanol Oxidation on Single-Ir-Atom Catalyst》使用仪器岛津AXIS SUPRA作者Liyuan Gong, Xiaorong Zhu, Ta Thi Thuy Nga, Qie Liu, Yujie Wu, Pupu Yang, Yangyang Zhou, Zhaohui Xiao, Chung-Li Dong, Xianzhu Fu, Li Tao*, Shuangyin Wang*State Key Laboratory of Chem/Bio-Sensingand Chemometrics, College of Chemistry and ChemicalEngineering, Hunan University, Changsha, Hunan 410082, P.R. China 全文链接https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202404713

项目编号：0724-2101D25N6043项目名称：广东工业大学催化及能源材料实验室设备采购项目(二次)采购方式：公开招标预算金额：1,576,900.00元采购需求：合同包1(新能源方向实验室设备):合同包预算金额：1,576,900.00元品目号品目名称采购标的数量（单位）技术规格、参数及要求品目预算(元)最高限价(元)1-1其他专用仪器仪表往复振荡摇床2(台)详见采购文件39,200.00-1-2其他专用仪器仪表高压视窗反应釜1(台)详见采购文件68,000.00-1-3其他专用仪器仪表行星式球磨机1(台)详见采购文件26,000.00-1-4其他专用仪器仪表高气密性自动在线光催化分析系统1(套)详见采购文件154,200.00-1-5其他专用仪器仪表多通道光催化反应系统（核心设备）1(套)详见采购文件135,000.00-1-6其他专用仪器仪表光电催化反应系统1(套)详见采购文件81,000.00-1-7其他专用仪器仪表旋转蒸发仪套装1(套)详见采购文件51,790.00-1-8其他专用仪器仪表水焊机1(台)详见采购文件8,300.00-1-9其他专用仪器仪表电化学工作站2(套)详见采购文件120,000.00-1-10其他专用仪器仪表四探针电阻率仪1(台)详见采购文件25,000.00-1-11其他专用仪器仪表扣电一体式恒温充放电检测系统1(台)详见采购文件107,500.00-1-12其他专用仪器仪表振实密度仪1(台)详见采购文件14,000.00-1-13其他专用仪器仪表热压机1(台)详见采购文件30,000.00-1-14其他专用仪器仪表铝塑膜成型机1(台)详见采购文件36,000.00-1-15其他专用仪器仪表手动切片机1(台)详见采购文件8,500.00-1-16其他专用仪器仪表手套箱（单工位）1(台)详见采购文件140,000.00-1-17其他专用仪器仪表多用途微波化学合成仪1(台)详见采购文件124,000.00-1-18其他专用仪器仪表冷冻干燥机1(台)详见采购文件35,910.00-1-19其他专用仪器仪表双光束紫外可见分光光度计积分球1(台)详见采购文件84,800.00-1-20其他专用仪器仪表十万分之一电子天平1(台)详见采购文件38,800.00-1-21其他专用仪器仪表万分之一电子天平1(台)详见采购文件16,900.00-1-22其他专用仪器仪表气相色谱仪2(台)详见采购文件216,000.00-本合同包不接受联合体投标合同履行期限：60天

2018年8月17至20日，由中国化学会催化专业委员会主办，中国科学院兰州化学物理研究所、兰州大学、中石油石化院兰州化工研究中心承办，兰州理工大学、西北师范大学协办的第十七届全国青年催化学术会议，在甘肃省兰州市召开。本届会议的主题为“产学研与均多相融合发展的催化科学与技术”，吸引了来自国内外高校和科研院所以及工业界的1500多位青年催化工作者参加会议。大会现场催化剂是多种工业制造过程中必不可少的技术，而催化剂中最重要的活性组分主要由各种金属及其氧化物组成，金属的种类及含量都会对催化剂的效用产生极大的影响。另外，在使用过程中，也需要对催化剂的成分进行检测以便保证其在生产过程中发挥应有的功效。珀金埃尔默公司为催化剂行业相关客户提供多种应用方案，供您参考：下载地址：利用SP-ICP-MS 对单壁碳纳米管中残留金属进行分析：https://www.instrument.com.cn/netshow/sh100168/s893863.htmPerkinElmer油品分析全面解决方案：https://www.instrument.com.cn/netshow/sh100168/s875497.htm石化行业仪器分析产品与服务：https://www.instrument.com.cn/download/shtml/893860.shtml本届会议设1个主会场和6个分会场，围绕“催化反应化学/工业催化/环境催化”、“催化材料/纳米催化/能源催化”、“催化作用机制/表面化学/理论计算”、“光催化/光电催化/电催化”、“催化剂设计/制备”、“绿色催化/均相催化/生物催化”等主题进行了交流，珀金埃尔默公司作为全球范围内享有盛誉的尖端分析仪器和解决方案供应商，在大会设立展位同与会嘉宾积极交流。展台交流

电化学分解水是一种将间歇性能源（如风能，太阳能）转化为氢能的有效途径，有利于推动碳中和。开发廉价高活性的氧析出（OER）电催化剂是该技术走向实际应用的关键之一。研究表明，过渡金属催化剂在OER过程中可重构形成具有更高活性的羟基氧化物，且杂原子的加入可促进这一表面重构反应。基于此，太原理工大学与新南威尔士大学合作提出一种原位重构策略，以FeB包覆的NiMoO作为预催化剂进行表面重构，获得了高活性的OER催化剂。作者利用美国easyXAFS公司研发的台式X射线吸收光谱仪XES150解析了催化剂的精细结构，并结合多种其他表征技术及理论计算，证明重构过程形成的稳定高价态Ni4+物种可促进晶格氧活化进而提升OER反应。该项工作揭示了催化活性的提升机理，并实现了1000mA/cm2级别的超高反应电流，以“Stable tetravalent Ni species generated by reconstruction of FeB-wrapped NiMoO pre-catalysts enable efficient water oxidation at large current densities”为题发表于期刊Applied Catalysis B: Environmental。 本文中使用的台式X射线吸收光谱仪XES150无需同步辐射光源，可以在实验室内测试XAFS和XES数据，谱图数据与同步辐射光源谱图数据完全一致。仪器推出至今，已在全球拥有100+用户群体，市场份额遥遥领先，久经时间考验，细节打磨更完善，稳定性可靠性更高。设备还可实现1wt %载量样品的XAFS、 0.1wt %载量样品的XES测试以及原位拓展测试，如原位的锂电池或电催化实验测试，监测电极/催化材料的结构变化等。凭借设备的上述优势，台式X射线吸收光谱仪XES150为本研究的电催化剂解析提供了重要的技术支撑。图1. 台式X射线吸收精细结构谱仪-XAFS/XES 图一展示了催化剂的合成示意图，NiMoO/FeB 预催化剂通过原位重构形成NiFeOOH，其中的准金属硼诱导形成纳米片/纳米棒结构。所得的催化剂的OER活性高于纯NiOOH和贵金属RuO2(图2a)。该催化剂仅需1.545 V vs. RHE即可驱动1000 mA/cm2电流，性能优于其他文献报道（图2b）。作者利用台式XES150 system (Easy XAFS LLC, USA)测试了样品X射线吸收谱。通过Ni-K边 X射线吸收近边结构 (XANES) 光谱分析Ni的电子态。白线峰与 1 s 到 4p 跃迁相关。在 NiFeOOH 的 XANES 光谱中白线峰峰值位于 8352.66 eV，高于 NiOOH（图 2c），这表明NiFeOOH中Ni的平均氧化态高于NiOOH中的平均氧化态，并且NiFeOOH中形成了更多的Ni4+物种。 同时，由于金属 4p 轨道的离域，NiFeOOH吸收边向较低能量移动，峰展宽且边缘跃迁强度增加（即 1 s→4p），这些对配体-金属共价性敏感的特征性变化表明Ni-O 共价键增加（图 2d）。作者进一步分析拟合了Ni K-边的傅立叶变换扩展X射线吸收精细结构（EXAFS）的k3χ数据，以探究局部原子结构（图2e-2h）。与NiOOH 相比，NiFeOOH 的 Ni-O 散射路径原子间距离从 1.98 &angst 减小到 1.85 &angst ，证明 Ni-O 键的共价性质的增加。 Ni-O 散射路径的偏移归因于NiOOH 和 NiFeOOH 中不同的局部配位环境，这是由于其中NiOOH 和 NiO2物相的比例不同。 上述结果表明，NiFeOOH 中的稳定态物种主要是 Fe 掺杂的 NiO2 物质，这是由 Fe 掺杂和重构过程（即中等高电位下的电化学极化）引起的。 Ni4+生成量的增加导致Ni-O共价性增大，从而促进晶格氧的活化，提升OER催化反应活性。图1. NiMoO/FeB 预催化剂与NiFeOOH 催化剂的合成示意图。图2. (a) 催化剂的LSV曲线。（b）本文催化剂过电势与其他文献报道对比图。（c）(d)Ni-K边XANES谱图。（e）Ni-K边EXAFS谱图。（f）NiO, (g) NiOOH，及 (h) NiFeOOH的EXAFS拟合结果。参考文献：[1]. Yijie Zhang et al., Stable tetravalent Ni species generated by reconstruction of FeB-wrapped NiMoO pre-catalysts enable efficient water oxidation at large current densities, Applied Catalysis B: Environmental, Volume 341, February 2024, 123297.相关产品1、台式X射线吸收精细结构谱仪-XAFS/XEShttps://www.instrument.com.cn/netshow/SH100980/C327753.htm

仪器信息网讯 8月10日，北京理化分析测试技术学会热分析专业委员会主办的“2024年热分析技术及应用研讨会”在四川成都市大成宾馆（四川省人大会议中心）开幕。此次研讨会围绕“探索热力前沿，助力双碳战略”主题，针对当前热力学和热分析领域的热点问题展开研讨，内容涵盖能源、材料、化学化工、生物医药、环境等多学科领域。150余名相关领域的知名科学家、学者、技术专家和仪器生产厂商等参加学术交流和技术探讨。会议现场会议伊始，由北京理化分析测试技术学会热分析专业委员会理事长 张建玲研究员和中国化学会化学热力学与热分析专业委员会主任 尉志武教授致辞。北京理化分析测试技术学会热分析专业委员会理事长 张建玲研究员 致辞张建玲研究员表示，对于此次会议，颇有感触，主要归纳为“三多”。首先是人多，此次参会人数已远超前两届，且青年学者（尤其是80后、90后）占比极高，展现出蓬勃活力。其次，报告内容丰富多样。不仅有大会主会场的精彩报告，还延伸至明天的三个分会场——前沿科学、交叉科学及青年科学论坛，广泛涉及能源、资源、环境、材料分析测试等多个领域，紧贴双碳战略与热力学热分析前沿，是一场学术交流的盛宴。 最后，讨论热烈。主要体现在报告环节的设计中，每场报告均预留了充足时间用于讨论。旨在促进与会者间的深入交流，尤其是鼓励前辈学者对青年人才的研究方向与成长路径给予更多关注与建议，共同推动学术进步。中国化学会化学热力学与热分析专业委员会主任 尉志武教授 致辞首先，尉教授代表中国化学会化学热力学与热分析专业委员会祝贺此次会议的成功召开。接着，他提到，本次会议报告内容十分丰富，希望所有与会者积极进行学术交流，能借此机会共促学术进步，满载而归。最后，尉教授寄语全体研究人员，应秉持着追根究底、不断探索的学术精神，为科学研究的深入发展贡献力量。随后，大会进入主会场报告分享环节，全天内，来自不同领域的19位专业学者为与会者呈现了一场精彩纷呈的学术盛宴。按报告顺序排序（由左至右，由上至下）清华大学尉志武教授的报告题目是《溶液体系的亚稳态现象》。亚稳态，作为物质科学中的普遍现象，尤其当研究对象为非微小分子时，其状态变化需要时间，因此值得我们格外关注。此外，尉教授还强调了区分是热力学稳定还是动力学稳定，以玻璃为例，尽管它在热力学上处于非稳定态（即亚稳），但在动力学层面却展现出稳定性。广西民族大学黄在银教授的报告题目是《基于表面热力学的纳米材料物理化学应用及其本科教育创新实践》。通过数十年的研究，黄在银教授及其团队在纳米材料领域的热力学及动力学方面获得诸多成果，首次建立了获取纳米材料规定热力学函数的科学原理和实验方法；设计的“光-微量热仪器装置”和“光-微量热-荧光光谱联用系统”，原位研究光催化过程的热力学、动力学、光谱动力及机理。同时分享了广西民族大学在本科生培育上的成功经验。中国科学院工程热物理所夏红德研究员的报告题目是《“双碳”驱动热分析理论创新及应用》。在“双碳”战略的驱动下，热分析领域亟需源发性的理论创新。夏红德研究员将理论创新概括为“四个现代化”，即矢量化（物质种类识别、反应身份辨识）、量子化（随机反应动力学、时空的归递演化）、精密化（物质结构特宏观相似性）和智能化（生成式的概率逻辑，量子神经网络算法），使其广泛应用于氢能领域、安全领域、实时在线检测领域等领域。中国科学院过程工程研究所吕兴梅研究员的报告题目是《废PET醇解产品的高值化利用》。吕兴梅研究员提到，2020年聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）全球产量7820万吨，但回收利用率只有10%。第五届联合国环境大会续会上也曾提到“要推动全球治理塑料污染……”，所以发展废PET的资源化循环利用技术迫在眉睫。基于此，吕老师及其团队深耕该领域，不仅揭示了离子液体可以高效降解PET，还通过对离子液体进行功能性设计，进一步提高了PET的降解效率。这一研究成果也驱动了千吨级PET聚酯降解示范装置的产业化进程，说明其具有良好的产业化前景。按报告顺序排序（由左至右，由上至下）北京化工大学吴卫泽教授的报告题目是《低共熔溶剂形成的热分析及其在锂电池材料回收中的应用》。吴教授首先阐述了低共熔溶剂（DES）及其热效应形成机制。随后，他聚焦于锂电池回收领域的迫切需求，鉴于锂离子电池使用寿命有限，导致大量废弃物产生，他强调了有效回收锂电池中宝贵金属资源的重要性。为应对这一挑战，吴教授提出了利用DES浸出废弃锂电池内部金属的方法这一方法不仅实现了金属的高效回收，而且无污染物排放，通过蒸发处理后的水还能再生DES，从而构建了一个闭环的、可持续的回收体系。河北师范大学张建军教授的报告题目是《稀土功能配合物的热分析动力学》。张建军教授通过合成多个系列的稀土配合物，得到了配合物的单晶。并通过TG/FTIR技术阐明了配合物的热分解机理发现中性配体总优于酸性配体，最终分解产物为稀土氧化物。此外，采用非线性积分等转化率法、Malek法，提出了双等双步法、改进了Popescu方法得到了配合物的动力学模式函数及动力学参数。 南京师范大学王昉教授的报告题目是《热分析助力生命科学材料研究——医药及生物材料》。王昉教授首先为参会者介绍了热分析的发展历史、热分析的研究内容及方法等。随后，详细说明了热分析技术在医药及生物材料领域的广泛应用，包括药物纯度的测定、制药配方的筛选、药物品型检测等方面。德国耐驰仪器制造有限公司曾智强博士的报告题目是《储能熔盐的热分析应用》。曾智强博士主要介绍如何利用热分析技术对熔盐的杂质、热稳定性、热循环、相变过程及综合热物性等性能进行测量。按报告顺序排序（由左至右，由上至下）中国科学院化学研究所康欣晨研究员以《绿色溶剂体系化学热力学》为题分享报告。报告中研究内容包括相行为、聚集行为及分子间相互作用，旨在通过改变反应过程实现催化剂外作用。康欣晨揭示了铜催化剂在电催化二氧化碳还原中的构效关系，并通过绿色溶剂体系实现了电催化路径的转变。此外，还展示了绿色溶剂体系在钛合金粉末制备和封口膜生产等工业生产中的应用，证明了其在高效、环保方面的巨大潜力。中国科学院青海盐湖研究所周永全研究员以《受限 CaCl2溶液结构与相变行为》为题分享报告。报告通过封装溶液到微米和纳米尺度的二氧化硅管中，观测了电解质溶液的过冷现象及离子分布的不均匀性。利用中子散射和全原子建模，揭示了受限环境下水分子间作用距离缩短、氢键作用增强等结构特征。此外，首次实验观测到受限内表面溶液存在不完全认识水的现象。这些发现为理解受限溶液体系中的界面相互作用提供了新见解。中国科学院过程工程研究所刘亚伟研究员以《纳米流体界面行为的热力学理论与计算模拟》为题分享报告。报告主要关注了电极上气泡的生成与行为，以及纳米尺度下流体传输行为。通过分子模拟和理论分析，揭示了气泡在纳米尺度上的稳定性和形状，并探讨了如何通过调控界面作用来影响气泡行为。此外，他还研究了膜材料中离子传输行为，发现离子传输并非传统意义上的渗透，而是与膜表面相互作用密切相关的扩散渗透过程。这些研究为理解和调控纳米尺度下的流体行为提供了新的视角。河北师范大学武克忠教授以《沿界面梯度分级热解构筑多孔异质结 DSSC 对电极催化剂》为题分享报告。报告提出通过热化学方法控制催化剂的组成和形貌，以提高其在燃料煤和电池对电极上的催化性能。研究中，武克忠团队采用了先制备前驱体再进行热解的方法，通过调节升温速率和保温时间，实现了催化剂的多孔异质结结构的构筑。实验结果表明，该方法制备的催化剂在电化学性能上优于传统方法，为高效DSC对电极催化剂的开发提供了新途径。陕西师范大学刘志宏教授以《热化学在硼酸根插层水滑石基材料制备及表征中的应用研究进展》为题分享报告。报告强调了热化学方法在制备具有高活性、低成本的光电催化分解水材料中的重要性。通过热化学手段调控水滑石材料的结构，成功制备了具有优异光催化性能的超薄二维纳米片、中空纳米球等多孔异质结材料。此外，他还利用微量热技术对材料进行表征，验证了所制备材料的优异性能。这些研究为未来光催化产氢、电催化产氢等领域的发展提供了新的思路和材料基础。太原理工大学杜建平教授以《纳米碳基碳化钼结构调控及析氢性能》为题分享报告。报告通过元素掺杂、构建异质结、表面积工程和形貌调控等方法，实现了碳化钼结构的优化，从而提高了其催化析氢性能。接着详细介绍了通过热处理温度调控碳化钼的晶体结构、表面性质和电子传输能力的研究工作。此外，他还探讨了碳化钼与碳的界面效应对电子传输和催化性能的影响。这些研究为开发高效非贵金属电解水产氢催化剂提供了新的思路和方法。按报告顺序排序（由左至右，由上至下）北京理工大学张建国教授以《含能材料热分解特性研究》为题分享报告。强调了热分析技术在评估含能材料性能中的重要性。他详细探讨了起爆药、硝胺类炸药、硝酸酯类炸药等的热分解行为，揭示了其快速分解和剧烈放热的特点。此外，张建国还研究了熔炸药载体的热分解特性，强调了熔点和热分解温度的重要性。最后，他探讨了高磷酸铵的催化分解，展示了不同催化剂对其分解性能的影响。这些研究为含能材料的安全使用提供了重要支撑。北京化工大学孙振宇教授以《原子分散催化剂增强CO2电还原》为题分享报告。报告介绍了实验室在小分子转化反应，尤其是CO2电还原方面的工作。详细阐述了单原子催化剂，特别是镍和镉基催化剂的设计、制备及其在CO2电还原中的催化性能。他强调了单原子催化剂的高效性和双位点催化剂在促进氢吸附和CO2还原动力学方面的优势。此外，还探讨了反应机理，提出了新的反应路径，并展示了实验验证。最后，他呼吁大家支持国内期刊，共同推动电催化能源转化领域的发展。首都师范大学李伟教授以《超临界 CO2体系构筑二维材料界面结构及热力学研究》为题分享报告。报告强调了超临界CO2作为绿色介质在材料制备中的优势，并介绍了二维材料在光催化分解水产氢中的潜力。详细阐述了利用超临界CO2调控表面活性剂形成软模板，制备二维材料的方法，并展示了通过此方法构筑的异质结材料在提升光催化性能方面的显著效果。此外，还探讨了二维高熵材料的构筑及其在全解水反应中的应用。这些研究为绿色、高效的光电催化材料的设计和制备提供了新思路。浙江大学姚加教授以《离子液体溶液组成对宏观性质和化学反应的调控》为题分享报告。报告通过散射法和自由基探针等手段揭示了离子液体溶液微观结构与性质的关系。姚加进一步探讨了离子液体溶液中的化学反应，发现局部环境对其选择性有显著影响。此外，他还研究了离子液体与醇混合后的溶液热力学性质，发现其非理想性对化学平衡常数有重要影响。这些研究为深入理解离子液体溶液的性质及其在化学反应中的应用提供了重要依据。中国科学院化学研究所张建玲研究员以《CO2复杂体系热力学》为题分享报告。报告重点探讨了CO2催化转化的挑战与机遇。她强调了热力学在CO2高效转化中的关键作用，并通过构建特殊组成的复杂体系来实现对CO2催化转化的调控。详细介绍了在电催化条件下将CO2转化为多碳化合物的研究进展，包括碳氢化合物和多碳含氧化合物的生成。她还探讨了微纳热力学在催化剂设计和反应机理研究中的重要性。这些研究为CO2的高效转化和利用提供了新的思路和方法。合影留念

随着能源不断消耗，大气中 CO2 的排放量逐年递增，由此引发的环境问题已成为全球关注的热点。去年的联合国大会上，我国向世界承诺，二氧化碳排放力争于 2030 年前达到峰值，努力争取 2060 年前实现碳中和。如何减少 CO2 排放、有效转化和利用 CO2 已引起各国政府的高度关注，CO2 的固定和转化是降低其含量的有效途径之一。 我们都知道自然生物可以利用太阳能、化能等能量形式固定二氧化碳进行自养生长。到目前为止，科学家共发现了 6 种天然固碳途径。其中卡尔文循环（光合作用中的碳反应部分）是自然界分布最广的固碳途径，每年可将 1 千亿吨二氧化碳转化成再生物质。但天然固碳的转换效率较低、经济性较差，是限制其实现工业化利用的主要瓶颈。因此构建具有高转化效率的人工固碳途径一直是相关领域的研究重点。 图1. 卡尔文循环（来自：维基百科） CO2 电化学还原（ERC）技术是在常温常压条件下，利用电能（尤其是可再生能源发电）将 CO2 与水直接反应生成合成气、甲酸、碳氢化合物、醇类等高附加值的化学品或液态燃料的新技术，是一条实现可再生能源存储与 CO2 转化利用的绿色途径，对人类的可持续发展具有重要意义。ERC 技术不需要制氢、加温和加压等额外消耗的能量，且设备投资少，其潜在的经济效益和环境效益引起了研究者广泛关注。 近年来，电化学还原技术取得了长足进展，但仍存在许多亟待解决的问题，例如产物的选择性低、偏电流密度低、催化剂的稳定性与耐久性欠佳等，这些问题限制了 ERC 技术的实际应用和商业化。电催化剂作为 ERC 技术的关键材料，其性能直接影响 CO2 转化效率、还原产物选择性及稳定性。因此，开发高性能的电催化剂，提高催化剂的催化活性、选择性和稳定性具有重要的研究意义和应用价值。 在所有金属电催化剂中，Cu 基催化剂是唯一可在水溶性电解质溶液中将 CO2 高选择性地催化还原生成碳氢化合物和醇类的催化剂。在 Cu 基催化剂表面，CO2 可以还原成 CO、HCOOH、CH4、C2H6、C2H4 及含氧碳氢化合物（醇类）等 16 种不同的还原产物。不同的 Cu 基催化剂用于 ERC 反应时，还原产物分布不同。影响还原产物选择性和还原效率有多种因素，包括催化剂的结构、形貌、晶面、尺寸、组成、表面缺陷等。 浙江大学功能复合材料与结构研究所的研究人员研发出一种新型电催化剂，今年 6 月 2 日，相关研究成果以《在铜-分子界面上紧固溴离子使 CO2 高效电还原成乙醇》（Fastening Br&ndash Ions at Copper&ndash Molecule Interface Enables Highly Efficient Electroreduction of CO2 to Ethanol）为题，发表在《ACS Energy Letter》上。 图2. 在新型电催化剂 CuBr 作用下的 CO2 &ldquo 酿&rdquo 酒过程 研发出的新型电催化剂十二烷硫醇改性 CuBr，在催化过程中会形成一个稳定的 Br 掺杂 Cu 硫醇界面，从而更高效地将二氧化碳还原成乙醇。该电催化剂的 C2+（含有两个碳原子及以上的化合物）法拉第效率提高了 72%， 乙醇的法拉第效率达到 35.9%。 图3. 新型电催化剂的合成过程 上图阐述了在铜箔上合成 CuBr 纳米四面体并使用十二硫醇（DDT）进行修饰改性的过程。首先将机械抛光的铜箔片在 CuBr2 溶液中浸泡 30s，快速形成 CuBr 四面体。利用飞纳台式场发射扫描电镜 Phenom Pharos 对 CuBr 和 CuBr - DDT 的形貌进行观察，在铜箔的整个表面上可以清晰地观察到排列紧密、表面光滑的四面体纳米结构（图 3b）。经过 DDT 处理后，可以看到 CuBr 四面体表面吸附的絮凝状 DDT（图 3c）。 实验结果表明，用 DDT 分子修饰的 CuBr 对 C2+ 的法拉第效率高达 72%，乙醇-乙烯比接近 1.1。DDT 在 CuBr 上的吸附会阻碍 Br 的迁移和 CuBr 的完全还原，从而在催化过程中形成独特的 Br 掺杂 Cu 硫醇界面，且界面稳定性高。同时，DDT 的吸附抑制了氢和甲烷的产物选择性。在 Cu 中引入 Br- 可以稳定高价态 Cu，从而提升对乙醇的选择性。这一策略将有助于其他复杂电子-质子转移过程的电催化系统的设计。

项目编号：0724-2101D25N6043项目名称：广东工业大学催化及能源材料实验室设备采购项目(三次)采购方式：公开招标预算金额：1,576,900.00元采购需求：合同包1(新能源方向实验室设备):合同包预算金额：1,576,900.00元品目号品目名称采购标的数量（单位）技术规格、参数及要求品目预算(元)最高限价(元)1-1其他专用仪器仪表往复振荡摇床2(台)详见采购文件39,200.00-1-2其他专用仪器仪表高压视窗反应釜1(台)详见采购文件68,000.00-1-3其他专用仪器仪表行星式球磨机1(台)详见采购文件26,000.00-1-4其他专用仪器仪表高气密性自动在线光催化分析系统1(套)详见采购文件154,200.00-1-5其他专用仪器仪表多通道光催化反应系统（核心设备）1(套)详见采购文件135,000.00-1-6其他专用仪器仪表光电催化反应系统1(套)详见采购文件81,000.00-1-7其他专用仪器仪表旋转蒸发仪套装1(套)详见采购文件51,790.00-1-8其他专用仪器仪表水焊机1(台)详见采购文件8,300.00-1-9其他专用仪器仪表电化学工作站2(套)详见采购文件120,000.00-1-10其他专用仪器仪表四探针电阻率仪1(台)详见采购文件25,000.00-1-11其他专用仪器仪表扣电一体式恒温充放电检测系统1(台)详见采购文件107,500.00-1-12其他专用仪器仪表振实密度仪1(台)详见采购文件14,000.00-1-13其他专用仪器仪表热压机1(台)详见采购文件30,000.00-1-14其他专用仪器仪表铝塑膜成型机1(台)详见采购文件36,000.00-1-15其他专用仪器仪表手动切片机1(台)详见采购文件8,500.00-1-16其他专用仪器仪表手套箱（单工位）1(台)详见采购文件140,000.00-1-17其他专用仪器仪表多用途微波化学合成仪1(台)详见采购文件124,000.00-1-18其他专用仪器仪表冷冻干燥机1(台)详见采购文件35,910.00-1-19其他专用仪器仪表双光束紫外可见分光光度计积分球1(台)详见采购文件84,800.00-1-20其他专用仪器仪表十万分之一电子天平1(台)详见采购文件38,800.00-1-21其他专用仪器仪表万分之一电子天平1(台)详见采购文件16,900.00-1-22其他专用仪器仪表气相色谱仪2(台)详见采购文件216,000.00-本合同包不接受联合体投标合同履行期限：60天

第四届能源与环境催化会议”重新启动，会议于2022年8月15-16日召开，我们在长沙等待与您相聚！ 中教金源展品一览： 一、GPPCM微型光热催化微反系统；二、CEL-PECRS2000全自动光电催化流动反应系统；三、PCRD300-12光化学反应仪及气体分配仪；四、CEL-PF300-T9氙灯光源系统（高端一体）；五、GC7920全自动系统气相色谱；六、HPRS-PEC250光催化光电反应釜；七、CEL-NP2000-2(10)A强光光功率计；八、CEL-GPRT100鼎式光催化反应釜；

5月23日，“中科院大连化物所-岛津第一届能源催化青年专家论坛”在大连化物所能源基础楼揭开帷幕。本次论坛是双方在能源催化研究领域携手举办的首届全国性论坛，旨在为能源催化研究的专家们搭建一个良好的沟通交流平台，助力能源催化研究的持续发展。数十位能源催化领域的杰出青年专家从全国各地齐聚本次论坛。论坛由岛津公司分析测试仪器市场部李言主持 合作实验室揭幕仪式结束后，论坛正式进入报告环节。大连化物所邓德会研究员率先发表了题为《二维材料表界面调控与能源小分子转化》的报告，他在报告中披露了其研究团队开展的以石墨烯为代表的2D材料在催化领域应用研究的设计思路以及研究过程与成果。随后，北京大学谢景林教授做了题为《光电子能谱在材料研究中的应用》的报告，他的报告内容涉及XPS原理与技术介绍、材料表面分析与XPS、XPS应用简介、XPS(准)原位分析以及光电子能谱技术的完善和发展。大连化物所邓德会研究员做报告北京大学谢景林教授做报告 大连化物所章福祥研究员做了题为《宽光谱捕光催化剂全分解水制氢》的报告，他在报告中讲述了其研究团队从合成新型材料、使用助催化剂、促进电荷分离这三方面入手，应对捕光催化剂全分解水制氢研究的挑战所获得的成果。接着，大连化物所刘健研究员做了题为《纳米反应器的构筑：从纳米催化到体外诊断》的报告，他在报告中介绍其研究的背景、纳米反应器的构筑、纳米反应器在纳米催化中的应用、纳米反应器在体外诊断中的应用等内容，并展望了此研究的未来发展。随后，岛津公司分析测试仪器市场部技术专家李言做了题为《岛津系统气相在能源催化分析领域的应用》的报告，他在报告中介绍了岛津光解水、光催化CO2还原产物分析的成熟成套解决方案，以及CO2电催化等近年来的研究热点对应的成熟分析方案，并以多个科研领域创新方案为实例，讲解了其创新性和在化工项目的应用潜力。大连化物所章福祥研究员做报告大连化物所刘健研究员做报告岛津公司分析测试仪器市场部技术专家李言做报告 在论坛的后半部分，沈阳金属所刘洪阳副研究员做了题为《纳米碳基材料在烷烃活化中的应用》的报告；大连化物所侯广进研究员做了题为《固体NMR技术的发展及其在材料结构和动力学研究中的应用》的报告；嘉兴学院“南湖学者”特聘教授王慧研究员做了题为《CoMo催化剂生物油加氢脱氧失活机理剖析》的报告；大连理工大学精细化工国家重点实验室张培立副教授做了题为《以水为氢氧源的电催化有机物同步氧化与氢化反应》的报告；吉林大学邹晓新教授做了题为《水裂解催化材料的结构化学》的报告。沈阳金属所刘洪阳副研究员做报告大连化物所侯广进研究员做报告嘉兴学院“南湖学者”特聘教授王慧研究员做报告大连理工大学精细化工国家重点实验室张培立副教授做报告吉林大学邹晓新教授做报告 本次论坛是岛津公司在能源催化研究领域举办的首届全国性论坛，期待未来连续举办下去，并不断地提高会议的深度和广度，能够为能源催化研究的专家们搭建一个很好的沟通交流的平台，助力能源催化研究水平的快速提升。

日前，以“促进可持续发展的能源催化科学与技术”为主题的第一届“丝绸之路”能源催化科学与技术青年学者研讨会在西安交通大学召开，本届研讨会旨在加强“丝绸之路”沿线高校能源催化科学与技术交流与合作，为中西部及国内其他地区的优秀青年催化工作者提供一个相互学习和交流的平台，展示各位学者在能源催化及相关领域取得的最新研究成果和进展，深入探讨能源催化领域所面临的机遇、挑战及未来发展方向，促进能源催化研究的自主创新及应用转化。岛津公司参加并赞助本次会议。 来自中国科学院、天津大学、中国科学技术大学、California Institute of Technology、北京化工大学、北京理工大学、陕西师范大学、兰州大学、四川大学、黑龙江大学、新疆大学、西北师范大学、重庆大学、西北大学和西安交通大学等近三十所知名大学、科研机构等约80余名师生参加本次会议，其中有14位长江学者、杰青、优青、中组部青拔、青年千人和中科院“百人计划”在内的专家学者。研讨会围绕光催化、热催化、功能材料合成与应用、表界面催化等前沿领域展开演讲，全面展示了各自在能源催化及相关领域取得的最新研究成果和进展。研讨会现场传真 西安交通大学王铁军副校长作了开幕式致辞，他鼓励青年学者要坚持、执着，在相关领域做出新贡献，其中还特别提到岛津公司的科学家田中耕一先生获得诺贝尔奖的故事，勉励与会者在科研工作中要有坚持的精神。在大会报告环节，来自天津大学的杰青巩金龙教授做了题为“氢能转化催化剂表界面调控”的报告，北京化工大学的杰青孙晓明教授做了题为“纳米阵列电极的构筑及其电化学应用”的报告，中国科学技术大学的杰青黄伟新教授做了题为“金催化作用的敏感性”的报告，长江学者、陕西师范大学刘忠文教授做了题为“CO2氧化乙苯脱氢催化剂设计”的报告。光电催化作为一个主要的议题，多位学者就高效光电催化剂合成策略、形貌控制，及在清洁能源转化和环境污染治理两大领域的应用方面进行了集中报告，同时与会专家还就光电催化材料的未来发展方向也进行探讨。 岛津积极参与本次大会，设有展台，通过样本、易拉宝、会议手册宣传页的方式展示岛津最新产品和解决方案。 其中备受与会者关注的《岛津分析仪器在人工光合成中的应用文集》详细展示了GC、GCMS、HPLC和UV等分析仪器在人工光合成反应产物分析中的应用，如：“使用GC-BID进行CO2诱导反应生成CO的分析”；“使用GC-BID进行CO2诱导反应生成甲酸的分析”；“使用GCMS测定同位素标记的CO2来确认反应机理”；“HPLC测定甲酸和甲醛”；“HPLC测定反应中生成的过氧化氢”。 同时还展示了大型分析仪器SPM、XRD、QYM等在人工光合成催化剂表征中的应用，如：“使用SPM对半导体光催化剂进行光辐照原位分析”；“使用XRD对痕量半导体光催化剂粉末进行分析”；“使用QYM对超分子络合物光反应产物的评估”。分析仪器在能源催化及相关领域的研究中起到至关重要的作用，也是与会专家关注的热点，会议期间有不少专家前来岛津展台咨询各类分析仪器的最新产品信息。岛津展台传真 关于岛津 岛津企业管理（中国）有限公司是（株）岛津制作所于1999年100%出资，在中国设立的现地法人公司，在中国全境拥有13个分公司，事业规模不断扩大。其下设有北京、上海、广州、沈阳、成都分析中心，并拥有覆盖全国30个省的销售代理商网络以及60多个技术服务站，已构筑起为广大用户提供良好服务的完整体系。本公司以“为了人类和地球的健康”为经营理念，始终致力于为用户提供更加先进的产品和更加满意的服务，为中国社会的进步贡献力量。更多信息请关注岛津公司网站www.shimadzu.com.cn/an/ 。岛津官方微博地址http://weibo.com/chinashimadzu。岛津微信平台

2021年10月9-10日，2021年第四届低维材料应用与标准研讨会（简称:LDMAS2021）在北京西郊宾馆成功召开。会议吸引了低维材料与器件相关领域的400余名专家学者与企业代表出席，云端参会人数超过1万人。10日下午，5个不同主题的分论坛同期举办，吸引了相关领域与会者的热烈关注。纳米能源与催化材料分会场共设置16个特邀报告和6个口头报告，精彩纷呈。以下为部分精彩报告摘要。报告题目：《缺陷水滑石基纳米光催化材料》中国科学院理化技术研究所研究员 张铁锐目前全球正面临比较严重的能源和环境问题，绿色的光催化技术被认为是解决上述问题的有效手段之一，而发展高效、廉价的光催化材料是光催化技术工业实用化的关键。光催化领域水 滑石基纳米材料因组成结构易于调控、制备简便等优点而备受关注。近两年，张铁锐研究员课题组通过在水滑石表面创造缺陷位和构造界面结构的手段，分别实现了对反应物CO2、N2等吸附和活化的增强，以及中间反应物种反应路径的调控，进而提升了光催化CO、CO2和N2加氢反应的催化活性和生成高附加值产物的选择性。报告题目：《典型二维材料在下一代锂电池中的应用展望 》清华大学长聘教授 张强金属锂因其具有极高的理论比容量（3860 mAh g−1 ）和最低的标准电极电势（−3.040 V） 而成为下一代锂二次电池（如锂硫、锂空电池等）最为理想的负极材料。然而，金属锂枝晶问题和不稳定的固液界面膜（SEI膜）问题极大地限制着金属锂电池的发展和应用。如何充分利用与之高效匹配的正极材料也是构筑下一代电池的关键。报告展示了典型二维材料在下一代锂电池中的应用展望，分析二维材料实现下一代锂电池有效利用的原理和方法，进而成就二维材料在能源存储与转化的实际应用。报告题目：《界面工程构建高性能复合电催化剂》浙江大学研究员 孙文平基于可再生能源的电解水制氢和氢燃料电池技术是发展绿色氢能经济、实现碳中和的关键技术。开发低成本、高性能的电催化剂材料是促进电解水制氢和燃料电池技术大规模产业化应用的重要基础。孙文平研究团队基于界面工程发展了一系列兼具高稳定性和高活性的负载型异质结构电催化剂体系。研究发现，构筑富含高活性界面的负载型催化剂是提高贵金属催化活性、稳定性及原子利用率的有效策略；且界面处的强相互作用、配位效应、协同效应以及限域效应等对电催化剂活性和稳定性具有重要影响。报告题目：《室温锂（钠）硫电池电极材料设计与储能机理研究》中国科学技术大学教授 余彦室温锂（钠）硫电池因具有高的能量密度和低成本等优势，被认为是最具潜力的储能器件之一。然而，室温锂（钠）硫电池面临着硫正极电子电导差、循环过程中中间产物易溶解穿梭、材料体积膨胀及金属负极枝晶生长等问题，导致电池的可逆容量低、倍率性能差且循环寿命短，限制了其商业化应用。合理设计和构筑复合电极结构是提高硫利用率、提升电池能量密度和循环稳定性的关键。鉴于此，余彦教授课题组通过理论计算筛选预测及材料结构调控和优化，有效增强了复合电极的导电性、抑制了多硫化物的溶解穿梭并催化其快速转化，提高了电极的电化学性能，并揭示了其储能机理。报告题目：《锂-空气电池催化剂的设计、合成及构效关系研究》中国科学院大学长聘教授 刘向峰可充放的锂空气二次电池因具有高比容量（其理论比容量最大可达3828mAh/g）和高能量密度 （800~1000 Wh/kg）而受到了很大关注。但是，其缓慢的氧还原/氧析出（ORR/OER）反应动力学以及由此导致的严重极化、效率低、循环性能及倍率性能差等问题限制了锂空气电池的实际应用。因此，设计、开发具有氧还原/氧析出双重催化功能的高效电催化剂体系以促进ORR/OER进程，减小电极极化，提高循环稳定性和寿命，是目前锂空气电池亟待解决的关键问题之一。报告重点介绍刘向峰课题组在锂-空电池高效催化剂设计、表界面结构调控以及构效关系研究方面的最新进展，主要包括：晶面调控、氧缺陷、界面协同等材料设计策略及同步辐射原位X射线衍射、吸收谱、原位拉曼光谱等催化剂或产物结构分析手段的应用。报告题目：《钙钛矿半导体光电器件的新进展》中国科学院半导体研究所研究员 游经碧卤素钙钛矿的发现已有一百多年的历史，上世纪 90 年代其材料设计与物性研究尤为活 跃。自从 2009 年钙钛矿电池发明以来，近十多年钙钛矿半导体光电器件的研究已扩展到太阳能电池、发光显示及探测等多个领域，且发展态势迅猛。报告介绍了钙钛矿半导体材料与光电器件的历史与现状，以及未来发展趋势，以及游经碧研究员课题组在钙钛矿半导体光电器件方面的研究进展：1）载流子输运调控以及表界面缺陷钝化等，实现了超过 25%的钙钛矿太阳能电池；2）钙钛矿太阳能电池关键活性层无机化，研制了数千小时稳定的全无机钙钛矿太阳能电池；3）维度调控及非辐射复合中心钝化等，实现了钙钛矿发光二极管在红、绿、蓝波段发光效率的突破。报告题目：《二维聚合物氮化碳异质结光催化全分解水》西安交通大学教授 沈少华实现高效、稳定、低成本、大规模分解纯水制氢是太阳能光催化分解水制氢技术的最理想途径和最终目标。为此，开发满足要求的光催化剂是该领域研究的核心内容和主要任务。非金属聚合物氮化碳（g-C3N4）因其具有前驱体来源广泛、制备方法简单、环境友好、光化学稳定性高、且能带结构适合光催化产氢/产氧等优点而在光催化分解水领域得到广泛的持续性研究。在过去十年，科研工作者们通过多种改性策略去提升 g-C3N4 的光催化分解水性能，取得了一定的成果。然而，目前其光催化分解水性能仍旧偏低，尤其是分解纯水性能。沈少华教授以 g-C3N4 为主要研究对象，针对其可见光吸收能力差、光生载流子复合率高和反应驱动力弱等问题，以超薄纳米片、调控能带结构、构建异质结等为改性手段，提升 g-C3N4 的光催化分解纯水性能，并深入探讨构效关系，为光催化分解水技术的发展提供了可借鉴的新思路。报告题目：《微型电化学能源材料与器件研究》中国科学院大连化学物理研究所首席研究员 吴忠帅针对可穿戴与微电子系统用储能器件的重大需求，吴忠帅研究员围绕微型电化学能源材料理性设计与器件构筑的关键科学问题，开展了深入系统研究，取得一系列重要研究进展：（1）提出二维结构界面化学组装与有序介孔精准调控的策略，研制出与平面化微器件特性相匹配的高活性二维赝电容材料；（2）制备出高效电子-离子输运的高精度图案化微电极，研制出与微电极匹配的耐高压凝胶电解质，建立了高效微电极-耐高压电解质强界面作用规律，获得了高比能、高功率微型储能器件，揭示了离子多方向传质反应机制；（3）提出了功能导向一体化设计、复杂多界面协同耦合与调控策略，实现了输出电压和容量可调，研制出大于100 V的微型超级电容器模块，创制出柔性化、集成化等多功能微型储能器件，验证了作为可穿戴与微电子系统储能器件具有广泛应用前景。

近日，中国科大环境科学与工程系在电催化界面动态过程的原位成像分析方面取得进展，研究成果以“Plasmonic imaging of the layer-dependent electrocatalytic activity of two-dimensional catalysts”为题发表于Nature Communications上(Nature Communications 2022,13: 7869)。 　　污染物的电催化转化是水污染控制技术的重要方法。纳米催化剂的表界面是电催化反应发生的场所，因此在微观上理解电催化反应过程，建立纳米催化剂结构与催化转化性能的构效关系是提高催化剂活性的关键。传统电催化研究通过电极电流密度和催化产物，评估催化剂性能，难以在微纳尺寸上原位实时分析单个催化剂的活性分布或反应动态过程。 图1.单个二硫化钼纳米片的充电和催化过程成像分析示意图 　　针对上述问题，刘贤伟教授课题组博士生赵小娜和周晓丽博士通过表面化学调控，充分发挥了表面等离子体成像技术对电极表面电荷密度高度敏感的特性，原位成像分析了层状二维电催化材料的充电电荷密度分布和电催化界面电荷交换过程。该方法消除了电极表面充放电流的干扰，分别定量了催化剂表面的充电和氧化还原电流分布，结合课题组前期发展的表面等离子激元原位蚀刻技术(Chem, 2021, 7: 1626-1638)，发现了二硫化钼催化性能和层数之间的依赖性，建立了催化剂导电性和电催化性能之间的关系。该研究对于设计新型高效污染控制电催化纳米材料具有重要的意义。 图2.单个二硫化钼纳米片随层数变化的电催化过程 　　该项工作得到了国家自然科学基金的资助，也获得了环境科学与工程系陈洁洁教授课题组在量化计算方面的支持。

“学术简讯”栏目旨在帮助光谱技术使用者时时掌握新发表的科学研究前沿资讯。我们将每周给您推送新增学术论文：包括但不限于主流期刊Nature index、ACS、RSC、Wiley、Elsevier等。帮助您了解全球范围用户使用 HORIBA 光谱技术的新动态，为您的科学研究提供新思路，激发学术灵感。如您对本栏目有任何建议，欢迎留言。本周我们推荐5篇前沿学术成果，针对催化剂、电催化、光催化、陶瓷领域，涉及拉曼、荧光技术。催化剂电催化光催化陶瓷更多光学光谱文献，欢迎访问Wikispectra 文献库。

韩国西江大学Kyung Byung Yoon教授 岛津拜访了韩国西江大学的Kyung Byung Yoon教授。他是人工合成领域的顶尖研究人员之一。Yoon团队曾在《Science》上报道了一种不怕水的CO2捕获新材料，为低成本捕获CO2并再利用研究提供了方向。他的实验室配备许多分析仪器，包括Tracera GC-BID系统和QYM-01光反应量子产率评价系统*，QYM-01系统可实现对吸收光子准确而快速的定量测量。 * QYM-01 为岛津今年6月刚发布的Lightway PQY-01光反应评价系统的前序机型。 Q 请介绍一下您的研究内容。 这个广泛用于均相光催化水氧化过程的系统包含作为光泵的水氧化催化剂RuⅡ(bpy)32+和作为电子牺牲受体的S2O82?。但是，因为RuⅡ(bpy)32+会发生非常快速的分解，导致在所有S2O82?消耗完之前，反应过程就停止，所以该系统还远不够理想。就这一点而言，如果能研究清楚RuⅡ(bpy)32+的分解途径和产物，就可以设计出更高效的光催化水氧化系统。 我们发现，在光-RuⅡ(bpy)32+-S2O82?系统中存在两种RuⅡ(bpy)32+分解途径。第一种是通过黑暗环境中，在pH＞6条件下，RuⅢ(bpy)33+氧化OH?而下形成OH• 自由基，OH• 自由基攻击RuⅡ(bpy)32+的bpy配体。这个在黑暗中分解的途径是次要的。在辐照过程中，RuⅡ(bpy)32+和RuⅢ(bpy)33+都受到光激发，并且光激发的RuⅢ(bpy)33+与S2O82?反应生成一种中间体。当中间体浓度较低时，中间体分解为催化活性的钌μ-氧代二聚体，当中间体浓度较高时，中间体分解为催化惰性的寡聚钌μ-氧代物。光诱导分解途径是主要途径。当RuⅡ(bpy)32+浓度较低时，即使在没有任何添加催化剂的情况下，光-RuⅡ(bpy)32+-S2O82?系统也会通过类似在黑暗中生成氧气的途径产生氧气。当RuⅡ(bpy)32+浓度较高时，由于光诱导分解途径的总速率比生成氧气的暗途径的总速率要快得多，因此系统中不会生成氧气。 Q “QYM-01”和“Tracera（GC+BID检测器）”是否正高效地用于您的研究？它们有多大用处？ QYM-01可以在每分钟或更短的时间内获得紫外-可见光谱。这使我们能够监测光反应过程中物质的反应速度有多快。QYM-01还可以测量光敏剂吸收的光子数量。当我们检测到产物时，通过绘制吸收光子数量与生成产物的关系曲线来计算反应的量子产率。Tracera可高效检测液体产物，检测灵敏度较高。几乎检测到了柱内所有物质。 Q 您认为“QYM-01”和“Tracera（GC+BID检测器）”有哪些优点？ 我们可以在光解过程中获得紫外-可见光谱，无需改变任何其他反应系统。我们可以测量我们正在使用的激发光的功率，这就是QYM-01的优点。至于Tracera，检出限很好。 Q 请告诉我们您对“岛津”的印象。 你们提供前所未有的产品和优质服务。 我们与Kyung Byung Yoon教授的交谈很愉快，通过这次采访，我们了解了Yoon教授对我们仪器和我们公司的看法。我们必须努力，争取越来越好。也非常感谢Yoon教授接受岛津的采访！ 关于采访的评论 采访之后，Yoon教授说：“虽然QYM-01还有一些地方有待改进，但是岛津拥有QYM-01等前所未有的独特性创新技术，这令我印象深刻，我也期待这些技术的未来发展。”

免费参会！10月25日环境催化材料进展与应用随着工业化的迅猛发展，工业生产和能源消耗产生的废气种类越来越多，排放量也越来越大，由此产生的酸雨、光化学烟雾、温室效应等导致大气环境日益恶化。以发展源头治污防污、减少生产过程中污染物排放和实现废物资源化为使命的环境催化技术成为全球关注的热点。仪器信息网将于2022年10月25日举办“环境催化材料进展与应用”主题网络会议，为环境催化领域的研发应用与检测分析搭建交流平台，促进催化领域科研人员间的互动交流，促进我国环境催化及环境材料领域的发展。会议日程报告时间演讲题目报告人14:00-14:30半导体复合材料的设计、制备及提升光电催化性能研究王其召长安大学/西北师范大学 教授14:30-15:00岛津epma技术特点及其在汽车尾气催化材料中的应用廖鑫岛津企业管理（中国）有限公司 EPMA产品专员15:00-15:30尖晶石衍生化功能材料的构建机器催化转化特性研究李新勇大连理工大学 教授15:30-16:00利用赤泥制备催化材料及用于废水有机物处理的研究徐东彦青岛科技大学 教授/博士生导师参会方式报名链接：https://insevent.instrument.com.cn/t/kLa 或扫描下方二维码扫码参会赞助参会请扫码联系

p style="text-align: justify "　　二维材料独特的各向异性和电子性能引起了人们对其基本电化学和广泛的应用领域的极大兴趣。从2D材料原型——石墨烯开始，对其他超薄层结构的广泛研究逐渐出现。其中包括过渡金属二硫代化合物TMDs、层状双氢氧化物LDH、金属碳化物和氮化物(MXenes)以及单元素化合物的黑磷族。随着可持续能源的发展得到全球的关注，评估各种二维纳米材料在这些领域的有效性已成为当务之急。电催化技术是未来清洁能源转化技术的核心，主要通过析氢反应(HER)、氢氧化反应(HOR)、氧还原反应(ORR)、析氧反应(OER)和二氧化碳还原反应(CO2RR)实现。而二维纳米材料可作为昂贵的铂基催化剂的经济替代品。/pp style="text-align: justify "　　【成果介绍】/pp style="text-align: justify "　　最近新加坡南洋理工大学的XinyiChia与布拉格化工大学的MartinPumera教授以”Characteristics and performance of two-dimensional materials for electrocatalysis“为题在Nature catalysis上发表综述，主要讨论了这些二维材料的相似之处，并强调了它们在电化学和电催化性能上的差异。介绍了工业重要反应中与能源有关的电催化二维材料的研究进展。/pp style="text-align: justify "　　【图文导读】/pp style="text-align: justify "　　1. 2D材料的结构/pp style="text-align: justify "　　二维材料独特的各向异性和电子性能引起了人们对其基本电化学和广泛的应用领域的极大兴趣。从2D材料原型——石墨烯开始，对其他超薄层结构的广泛研究逐渐出现。文章主要探讨了超薄2 D纳米材料的结构、电催化性能及其影响因素，包括石墨烯、单或一些层次化的过渡金属(TMD)，如金属氧化物、水滑石(类)、六角氮化硼(h-BN), g-C3N4, MXenes，黑磷等，其结构如图1所示。/pp style="text-align: justify " /pp style="text-align: center "img title="111111111111.webp.jpg" alt="111111111111.webp.jpg" src="https://img1.17img.cn/17img/images/201812/uepic/46566102-1ac7-4757-bab6-7787b308ae47.jpg"//pp style="text-align: center "　　图1 二维材料结构构型示意图. (a)石墨烯 (b)氮化硼 (c) g-C3H4 MoS2的两种物相(d)2H型, (e)1T型 黑磷的两种物相(f)三方晶系, (g)正交晶系. (h)MXenes, 以Ti3AlC2为例。/pp style="text-align: justify "　　2. 二维电极材料的电化学稳定性/pp style="text-align: justify "　　由于材料在使用过程中可能会发生化学或结构变化，因此了解二维电极材料的稳定性对于二维纳米材料的应用是必不可少的。电极的稳定性是由其固有的电化学性质和催化反应倾向来决定的，即取决于电解液的选择和应用的电位窗口。如Bonde[1]等首先报道了酸性条件下MoS2和WS2进行HER反应后，通过XPS观察到催化剂表面形成了MoO3，SO42-等氧化产物。最近有相关报道VIB族元素化合物在电位区间为1.0~1.2V(vs. Ag/AgCl)易被氧化成高价金属离子。此外，不同的非金属元素也影响着TMDs的稳定性，如报道了VIB族元素化合物的氧化峰电位符合WSe2 mose2 ws2 MoS2的规律。因此在研究TMDs此类材料中，应着重关注电极材料的电化学稳定性。p style="text-align: justify "　　由于石墨烯、g-C3N4、MXene等具有较高的还原电位，在ORR、HER、OER、CO2RR的电位区间都难以被氧化还原，因此这些材料具有广泛的电化学反应窗口。/pp style="text-align: justify "　　文献信息/pp style="text-align: justify "　　[1] Hydrogen evolution on nano-particulate transition metal sulfdes. (Faraday Discuss. 140, 219–231 (2009).)/pp style="text-align: justify "　　原文链接：/pp style="line-height: 16px "img style="margin-right: 2px vertical-align: middle " src="/admincms/ueditor1/dialogs/attachment/fileTypeImages/icon_pdf.gif"/a title="bonde2009.pdf" href="https://img1.17img.cn/17img/files/201812/attachment/0f62cb46-d16a-4d4d-8df0-95918f65443e.pdf" target="_blank" textvalue=" Hydrogen evolution on nano-particulate transition metal sulfdes" Hydrogen evolution on nano-particulate transition metal sulfdes/a/pp style="text-align: justify "　　3. 二维材料的电子转移/pp style="text-align: justify "　　电催化剂的电子转移强弱直接决定了催化反应的速率快慢。而电催化剂的各向异性、电子和表面特性已经被发现在电子转移(HET)中显示出重要的意义。二维材料中，如TMDs的边缘和基面具有明显的电子转移特性。以MoS2为例，如图2，以电化学探针进行检测边缘与基面的活性，发现边缘的反应速率常数远高于基面的反应速率常数，因而边缘原子的活性高于基面原子的活性。除了TMDs以外，石墨烯也显示相同的规律。如图3，氧化石墨烯表面含氧基团数量影响着石墨烯的电子转移，含氧官能团比例越高，电子转移速率越差。此外，异质元素掺杂也会改变二维材料的电子传递特性。如氮掺杂石墨烯可以提高其电子转移速率，由过渡金属掺杂的TMDs也同样能够引起电子传递变化。/pp style="text-align: justify " /pp style="text-align: center "img title="222222222.webp.jpg" alt="222222222.webp.jpg" src="https://img1.17img.cn/17img/images/201812/uepic/a377e54d-320a-4733-9c49-a736b1f531c6.jpg"//pp style="text-align: center "　　图2 影响二维材料电子传递的各向异性效应. (a)MoS2的边缘和基面示意图, 插图:宏观辉钼矿晶体 MoS2(b)底面与(c)边缘面./pp style="text-align: justify " /pp style="text-align: center "img title="3333333333333333.webp.jpg" alt="3333333333333333.webp.jpg" src="https://img1.17img.cn/17img/images/201812/uepic/ff003f31-27f0-435f-a46d-d5d923bb6910.jpg"//pp style="text-align: center "　　图3 影响二维材料电子传递的表面特性/pp style="text-align: justify "　　4.二维电催化材料的研究进展/pp style="text-align: justify "　　材料的传质效应、各向异性和本征活性决定了二维材料的电催化效率。电催化中的各向异性因子建立在二维材料不同的催化位点。电催化剂体系中材料的内在活性是通过火山图关系来评价的，火山图关系是根据Sabatie原理进行定量描述的。理想情况下，高活性的催化剂与反应中间体的结合既不应太强烈也不应太弱。催化剂载体的选择也属于催化剂的设计范围，选择一个合适的载体可以优化催化剂的活性。/pp style="text-align: justify "　　从传质效应上看，由于界面反应物种类(H+或OH-)的快速消耗和气态产物的生成阻碍了反应速率，因此良好的传质对于高活性催化剂是至关重要的。在二维催化剂中，相邻薄片之间的间隙存在二维通道，可以有利于提高液相和气相之间的传质效果。如图4，将间隔物结合到MoS2纳米薄片中，产生了开放的通道，增大物质传达的表面积及改善离子扩散，整体增强HER的催化性能。/pp style="text-align: justify "　　 /pp style="text-align: center "img title="444444444.webp.jpg" alt="444444444.webp.jpg" src="https://img1.17img.cn/17img/images/201812/uepic/b2311091-5db0-4639-be2a-48caf0f09a83.jpg"//pp style="text-align: center "　　图4传质效应影响二维材料的电催化性能/pp style="text-align: justify "　　从各向异性上看，二维材料的各向异性因子对其催化性能的影响表现在活性的边缘面和惰性的基面。二维材料边缘上的原子所处的化学环境与基体平面不同，基体平面一般具有饱和配位，而基体平面具有较大的非饱和配位倾向。由于边缘位点对二维材料的催化活性起着重要作用，因此优化边缘结构以提高其性能变得至关重要。在HER电催化中，2H-TMDs的催化活性位点主要来自于边缘面原子。如合成具有双陀螺形貌的介孔MoS2结构(图5)，可以获得高比例的外露边缘位置，从而增强了MoS2的HER活性。此外，也有相关报道关于通过提高边缘位点及导电性来改善1T-TMDs的HER活性。总之，提高二维材料的边缘活性位点数量，有利于提高二维材料的电催化活性。/pp style="text-align: justify " /pp style="text-align: center "img title="555555555555.webp.jpg" alt="555555555555.webp.jpg" src="https://img1.17img.cn/17img/images/201812/uepic/7bd7f2cf-707b-453a-8efd-35920f27f312.jpg"//pp style="text-align: center "　　图5 各向异性效应影响二维材料的电催化性能/pp style="text-align: justify "　　从本征活性上看，引入掺杂剂或官能团等可以最大限度地提高二维材料催化的内在活性。由于边缘是二维材料的催化活性位点，在边缘掺杂或附着官能团可以增强其催化活性。而基底位掺杂或功能化也同样可以调节惰性基底平面的内在活性。如由于吡啶氮被认为是中间COOH*形成CO的活性吸附位点，因此N掺杂石墨烯可以表现出优异的CO2RR催化活性(图6)。此外，缺陷工程是一种提高活性位点固有活性的方法。表面结构缺陷包括配位数低的边缘 所以才会出现悬空键和原子空位。如由于金属空位可以提高了邻近金属中心的原子价态，从而有利于提高OER活性，而利用等离子体技术处理CoFe-LDHs可以导致Co、Fe和O出现多个空位，这些空位是可以降低水的吸附能同时提高OER活性。/pp style="text-align: justify " /pp style="text-align: center "img title="66666666666.webp.jpg" alt="66666666666.webp.jpg" src="https://img1.17img.cn/17img/images/201812/uepic/0ccc76a4-e8d4-4a91-a345-5066f093a19d.jpg"//pp style="text-align: center "　　图6本征活性影响二维材料的电催化性能/pp style="text-align: justify "　　【总结与展望】/pp style="text-align: justify "　　二维材料丰富的电化学特性为其在能源催化中的应用提供了新的机遇。尽管二维材料具有多样性，但其最终的电催化性能和电荷转移性能取决于各向异性和表面特性。二维材料在ORR、HER、OER和CO2RR电催化中取得了巨大的成功，其中边缘面为主要的催化活性中心。/pp style="text-align: justify "　　提高二维材料的电催化活性主要从以下几个方面进行：①改变二维纳米结构来增加活性边缘位点的密度 ②异质元素掺杂二维材料或与官能团结合、或引入缺陷增强催化活性 ③改善二维材料电子转移能力提高材料催化活性，如使用合适的催化剂基底材料。展望未来，二维纳米材料领域充满了各种可能性。通过集成两种或两种以上的材料来开发混合2D材料，可以创建新的复合结构，以显示出独特的性能和针对特定应用的定制属性。各向异性和表面特性可以作为设计不同化合物的指导原则。/pp style="text-align: justify "　　【文献链接】/pp style="line-height: 16px "img style="margin-right: 2px vertical-align: middle " src="/admincms/ueditor1/dialogs/attachment/fileTypeImages/icon_pdf.gif"/a title="1212121.pdf" href="https://img1.17img.cn/17img/files/201812/attachment/4901c2e3-062f-4ae5-a435-f30cd6f2f33f.pdf" target="_blank" textvalue="Characteristics and performance of twodimensional materials for electrocatalysis"Characteristics and performance of twodimensional materials for electrocatalysis/a/pp /pp /pp /pp /pp/p/p

将CO2通过电化学方法转化为高附加值的C2+产物如乙烯，不对于“碳达峰”和“碳中和”目标的顺利实现具有积极推动作用，并能减轻人类对化石燃料的过度依赖，然而，目前电催化CO2制乙烯受限于单一活性位点的多电子转移过程和缓慢的C-C耦合步骤，仍面临活性低、选择性差等问题。 　　近日，中国科学院福建物质结构研究所结构化学国家重点实验室研究员曹荣、黄远标设计出有效的串联催化策略来提升还原CO2制乙烯的选择性，通过将非贵金属单原子Ni高效催化CO2RR产CO和Cu纳米催化剂可以进行CO-CO耦合的优势有效结合，进行串联催化来提升CO2RR制乙烯的选择性。研究在卟啉基三嗪框架中心锚定Ni单原子(PTF-Ni)及其表面负载Cu纳米颗粒，制备出非贵金属基的串联电催化剂PTF(Ni)/Cu，催化时单原子Ni高效将CO2还原为中间体CO，生成的CO立即被临近的Cu纳米催化剂进行C-C耦合反应高效转化为乙烯。因此，与非串联催化剂PTF/Cu (卟啉中心无金属原子的三嗪框架)主要产甲烷相比，乙烯的法拉第效率提高了5倍 (-1.1V vs. RHE)，由9.6% 提高到57.3%，优于目前已经报导的大多数电催化剂。此外，PTF(Ni)/Cu表现出良好的稳定性，连续电解11h后仍能保持约91%的初始活性。原位红外实验、对比实验一氧化碳电还原和理论计算表明，PTF(Ni)有利于增加Cu纳米颗粒表面的*CO活性中间体，进而提升C-C耦合的概率，并且明显降低了生产乙烯所需要的能量，因此实验通过串联催化，提升了CO2转换为乙烯的活性。该工作为进一步提升电催化CO2产附加值高的多碳产物的选择性提供了新策略。　　此外，近年来该团队致力于设计多孔框架材料应用于CO2催化转化研究，取得了系列进展（Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 17108 Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 20915 Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 23641 Sci. China Chem. 2021, 64，1332；ACS Energy Lett. 2020, 5, 1005 ACS Materials Lett. 2021, 3, 454 Small 2021, 2004933 Small 2020, 2005254 CCS Chem. 2019, 1, 384 Appl. Catal. B: Environ. 2020, 271, 118929）。 　　相关研究成果发表在Angewandte Chemie International Edition上，并被选为Hot Paper。研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金项目、中科院青年创新促进会优秀会员项目等的资助。　　论文链接