原子催化

二氧化钛（TiO2）是一种宽禁带N型半导体，其表面受到光的照射时，若光子的能量大于或等于其禁带宽度（波长低于400nm的紫外光），价带的电子将受到激发跃迁至导带，形成自由电子，同时带正电荷的空穴留在价带上，从而产生了电子-空穴对。电子和空穴分别发生氧化和还原反应，使反应体系中的原子基团被催化分解，完成光催化的功能。因此TiO2纳米颗粒有良好的光催化功能。但是因为TiO2纳米颗粒吸收截面非常小，所以光激发产生的电子与空穴复合率高，导致光催化效率降低。如何提高TiO2纳米颗粒对近紫外光的吸收截面是提升其光催化性能的一条重要途径。 通过研究发现，加入贵金属纳米颗粒可以提高电荷转移的效率，降低电子与空穴的复合率，从而提高其光催化性能。其可能的原因是贵金属纳米颗粒与光相互作用时表面产生等离子体共振，完成了能量传递，增加了光催化能力。 金纳米颗粒（AuNP）增强光催化是当前能源、环境领域的一个研究热点。AuNP和TiO2的复合材料的催化机理已被广泛研究，反应过程中对表面电荷的分布进行观察可以有效阐明催化过程。原子力显微镜的开尔文探针力显微镜（KPFM）功能是一种将开尔文定律应用于扫描探针显微镜（SPM）的分析技术，不仅可以测量样品的表面形状，还可以测量样品的表面电位分布。 因此，尝试在紫外光照射下的对AuNP和复合材料进行表面KPFM扫描，可表征样品表面上的光致电荷分布（电荷分离）。 利用生物素-链霉亲和素复合物可将AuNP有效结合到TiO2颗粒表面。设计实验，制备两种样品，一种是没有生物素-链霉亲和素复合物的对照样品，以及使用生物素-链霉亲和素复合物的样品，在照射紫外光及不照射紫外光的条件下，分别测量固定在TiO2上的AuNP的表面电位分布，以可视化光致电荷分布。 生物素-链霉亲和素复合物与AuNP作用示意图 AuNP与TiO2 复合材料表面电位分布测量图 岛津SPM-9700HT使用光照射单元通过光纤对样品表面进行紫外光照射 没有生物素-链霉亲和素复合物作用下分散在TiO2表面上的AuNP形貌图与电势分布图 有生物素-链霉亲和素复合物作用下分散在TiO2表面上的AuNP形貌图与电势分布图 从上面两组图可以看出，这两种样品，在紫外光照射时AuNP的相对电位都低于TiO2表面的相对电位。 没有生物素-链霉亲和素复合物（蓝色），有生物素-链霉亲和素复合物（红色）时AuNP对TiO2表面的相对电位统计对比 将两种样品在有紫外光照射和没有紫外光照射情况下的表面电位进行统计分析。白色框图柱表示没有紫外光照射，颜色柱表示有紫外光照射。误差条显示6-7个粒子的测量值的中值±IQR。当AuNP形成组装体时，在紫外光照射下AuNP与TiO2表面的相对电位显着降低。 本实验通过在紫外光照射下通过KPFM测量表面电位分布，实现了固定在TiO2上的AuNP杂化物的光致电荷分布的可视化。这表明使用SPM的KPFM 模式，辅助以光照射单元可以有效地观察光催化是表面的电荷分离情况。 本文内容非商业广告，仅供专业人士参考。

引言 异质催化剂的合成通常借助于传统的湿法化学法，包括浸渍法、离子交换和沉积-沉淀法等。然而，这些方法合成的催化材料往往具有非常复杂的结构和活性位点分布不均匀等问题，这些问题会显著降低催化剂的催化性能，特别是在选择性上，阻碍了科学家们在原子水平上理解催化剂的结构-活性关系。此外，在苛刻的反应条件下通过烧结或浸出造成的活性组分的损失会导致催化剂的大面积失活。因此，亟待发展一种简便的方法来调控催化剂的活性位结构和其在原子水平上的局部化学环境，从而促进对反应机理的理解和高稳定性催化剂的合理设计。 原子层沉积(ALD, Atomic layer deposition)是一种用于薄膜生长的气相催化剂合成技术，目前已成为一种异质催化剂合成的替代方法。和化学气相沉积(CVD, Chemical vapor deposition)一样，其原理是基于两种前驱体蒸汽交替进样，并在载体表面上发生分子层面上的“自限制”反应，实现目标材料在载体表面上的沉积。通过改变沉积周期数、次序和种类等方法可以实现对催化剂活性位结构的原子精细控制，进而为研究者提供了一种 “自下而上”可控合成催化剂的新策略。 美国Arradiance公司的GEMStar系列台式原子层沉积系统(如图1所示)，在小巧的机身（78 * 56 * 28 cm）中集成了原子层沉积所需的所有功能，可多容纳9片8英寸基片同时沉积。全系配备热壁，结合前驱体瓶加热，管路加热，横向喷头等设计，使温度均匀性高达99.9%，气流对温度影响减少到0.03%以下。高温度稳定度的设计不仅可在8英寸基体上实现厚度均匀的膜沉积（其厚度均匀性高于99%），而且适合对具有超高长径比孔径的3D结构进行均匀薄膜覆盖，在高达1500：1长径比微纳深孔内部也可均匀沉积。图1. 美国Arradiance公司生产的GEMStar系列台式三维原子层沉积系统 在本篇文章中，我们将介绍利用ALD方法在负载型单金属 和双金属催化剂精细设计方面的进展和ALD方法在设计高效催化剂方面的特点与优势。同时，我们也整理了利用ALD技术制备单原子和双原子结构金属催化剂的方法与策略以及利用氧化物可控沉积调控金属催化活性中心周围的微环境，从而实现提升催化剂活性、选择性和稳定性的方法。后我们也将展望ALD技术在催化剂制备领 域中应用的潜力。ALD合成负载型催化剂 近年来，研究者对各种氧化物和碳基材料基底上的金属ALD催化剂进行了广泛研究。由于高温下ALD生长的金属原子在氧化物和碳基基底上的高迁移率，沉积物通常以金属纳米粒子形式存在，而不是二维金属薄膜。如图2a所示，金属纳米颗粒的尺寸大小和负载量可以通过调整ALD循环次数和沉积温度变化来进行调控，且金属颗粒的尺寸分布通常非常狭窄。近期，中国科学技术大学的路军岭课题组使用ALD技术发展了一种双金属纳米粒子的合成新策略，即使用较低的沉积温度和合适的反应物，在负载的单金属纳米粒子表面增加二金属组分，获得原子可控的双金属纳米粒子（如图2b, PtPd双金属纳米粒子）。研究发现，在较低的温度下，金属基底会促进金属前驱体在其上的成核和ALD生长，而金属氧化物通常是惰性的，因此不能在低温下与金属前驱体反应和开始成核。图2. ALD合成（a）单金属Pt纳米粒子，（b） 双金属PtPd纳米粒子，（c）Pt 单原子催化剂在N掺杂的石墨烯上，（d）Pd单原子催化剂在g-C3N4上，（e）二聚的Pt2/石墨烯催化剂。 原子分散的金属催化剂，由于其特的催化性能和大的原子利用效率，越来越受人们的关注。使用ALD技术从气相中获得单原子催化剂具有很大的挑战性，因为ALD生长通常在高温下进行，金属的聚集会显著加剧，但考虑到ALD的自限特性，仍是有可能的。加拿大西安大略大学孙学良教授团队从事了先驱性的工作，在250℃下，对N掺杂的石墨烯表面进行五十次Pt ALD循环合成了Pt单原子催化剂（如图2c）。DFT计算表面，Pt单原子与N原子成键，其HER活性相对于商业Pt/C显著增强(~37倍)。类似的，路军岭团队通过调控石墨烯上的含氧官能团种类和数量，在150℃下对石墨烯表面进行一次Pd ALD循环（Pd(hfac)2-HCHO），合成了原子分散的Pd单原子催化剂（如图2d），没有观察到Pd团簇和纳米粒子的形成。除此之外，使用ALD技术还可以合成原子的超细金属团簇，如二聚物等。如图2d所示，路军岭团队报道了Pt2二聚体可以通过ALD技术在石墨烯载体上创建适当的成核位点 “自下而上”制备获得，即Pt1单原子沉积，并在起始位点上进行Pt原子的选择性二次组装。氧化物包覆实现金属催化剂的纳米尺度编辑 对于负载型金属催化剂来讲，其载体不仅仅是作为基底，也会通过电子转移或金属—氧化物相互作用，显著的调制金属纳米颗粒的电子性质。当氧化物层包覆在金属纳米颗粒上时，会形成新的金属-氧化物界面(如图3a)，可以进一步改变金属纳米颗粒的电子性能和形貌，有望进一步提升其催化性能（如图3b）。金属纳米颗粒通常含有低配位位点（lcs）和高配位的台阶(HCSs)，通过氧化物ALD沉积的选择性阻挡某些活性位点，局部改变其几何形态，影响催化过程中的化学键断裂和生成，导致不同的反应途径（如图3c）。另外，物理氧化包覆层还可以提高纳米颗粒的稳定性，在恶劣的反应条件下防止金属组分的烧结和浸出(如图3d)。在原子层面上控制氧化膜厚度，从而在高比表面材料上实现高的均匀性，使得ALD成为在纳米尺度上提高纳米金属催化剂催化性能的理想工具，且不会产生质量迁移的问题。图3. （a）ALD氧化物包覆负载型纳米离子生成新的金属——氧化物界面ALD合成,（b）ZnO包覆Pt纳米粒子催化剂显著提高催化活性，（c）ALD氧化铝包覆Pd/Al2O3显著提高催化选择性，（d）TiO2包覆层显著提高Co@TiO2催化剂催化稳定性。 总结和展望 催化剂的原子合成，是阐明催化作用的关键机制和设计先进高性能催化剂的关键。ALD特的自限制特性可实现催化材料在高比表面材料上的均匀和可控沉积，实现一步步和“自底向上”的方式在原子层面上构建复杂结构的异质催化剂材料。这些ALD催化剂具有较高的均匀性，使其相对于传统方法制备的催化剂，拥有更好的或可观的催化性能，并可作为模型催化剂有助于阐明催化剂的结构-性能关系。 参考文献：[1] Lu J. et.al, Acta Phys. -Chim. Sin. 2018, 34 (12), 1334–1357.[2] F. H. et al. J. Phys. Chem. C 2010, 114, 9758.[3] Elam, J. W. Nat. Commun. 2014, 5, 3264.[4] Liu, L. M. et al. Nat. Commun. 2016, 7, 13638.[5] You, R. et al. Nano Res. 2017, 10, 1302.[6] Huang, X. H. et al. Nat. Commun. 2017,8, 1070.[7] Elam, J. W. ACS Catal. 2016, 6, 3457.[8] Lu, J. ACS Catal. 2015,5, 2735.[9] Huber, G. W. Energy Environ. Sci. 2014, 7, 1657.

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能源与环境小分子催化研究组（509组）邓德会研究员团队与郑州大学张佳楠教授团队合作，通过界面化学工程将二维2H-MoS2纳米片组装在氮掺杂碳限域的铁原子催化剂（Fe(SA)-N-C）载体上，并将其作为钠离子电池的负极材料，在Fe(SA)-N-C的催化作用下，有效调控了1T/2H-MoS2在充放电过程中的相变和结构演化过程，从而实现高效储钠。　　在“双碳”目标下，可再生能源逐步成为能源消费增量的主体。在推动可再生能源利用的关键技术中，储能技术的发展已成为实现“双碳”目标的重要支撑技术之一。与技术相对成熟的锂离子电池（LIBs）相比，钠离子电池（SIBs）因钠资源丰富、成本低廉等优势，在大规模储能领域中展现出广阔的应用前景。MoS2已被认为是最有前途的SIBs的负极材料之一，但由于其结构不稳定，且在充放电过程中MoS2结构变化而导致部分容量不可逆。因此，在充放电过程中精准调控MoS2的结构稳定性以及相变可逆性是提高其储钠性能的关键。　　邓德会团队在前期二维MoS2表界面调控和催化研究（Nat. Catal.，2021；Nat. Commun.，2020；Nat. Commun.，2017；Energy Environ. Sci.，2015）的基础上，发现并证实多孔MoS2在钠离子存储中表现出优异的电化学性能（J. Energy Chem.，2022；Mater. Today Energy，2018），并揭示金属—氮—碳（M-N-C）电极储钠性能的增强机制与固体电解质界面（SEI）膜之间的关联性（Energy Environ. Sci.，2022；Nano Res.，2022）。　　在此基础上，研究团队通过界面化学工程将二维2H-MoS2纳米片组装在Fe(SA)-N-C载体上，发现在功函数差异的驱动作用下，Fe(SA)-N-C的电子会向2H-MoS2转移，进而增强了富电子MoS2上的S位点对钠离子的吸附作用，而缺失电子的Fe(SA)-N-C上的Fe位点的自旋态会发生改变，从而优化了Fe位点的电子结构和催化活性，相较于氮掺杂碳（N-C）和纯碳，Fe(SA)-N-C限域的Fe位点可以在充放电过程中有效促进1T/2H-MoS2的相变和结构演化过程，从而实现高效储钠。因此，MoS2/Fe(SA)-N-C展现出优异的循环稳定性，在2.0 A g-1的大电流密度下经过2000次循环后，储钠容量仍保持在350 mA h g-1左右。该研究为设计高活性和高稳定性的钠离子负极材料提供了新思路。　　相关研究以“Evolution of Stabilized 1T-MoS2 by Atomic-Interface Engineering of 2H-MoS2/Fe-Nx towards Enhanced Sodium Ion Storage”为题，发表在《德国应用化学》（AngewandteChemie International Edition）上，并被选为VIP（Very Important Paper）文章。该工作的第一作者是我所509组联合培养博士研究生夏会聪。以上研究工作得到了国家自然科学基金、中科院B类先导专项“功能纳米系统的精准构筑原理与测量”、丹麦Haldor Topsoe公司国际合作等项目的资助。

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( 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(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

电化学储存与转换系统主要包括金属离子电池、双离子电池、超级电容器、金属-空气电池和燃料电池等。后两种是清洁、安全、可靠的能源装置，具有环境友好、能量密度高、原料来源丰富、工作时间长等优点。氧还原反应(ORR)作为燃料电池的阴极反应，具有缓慢的反应动力学。因此，需要电催化剂来增强反应过程。近年来，过渡金属单原子电催化剂(TM-SACs)因其优异的催化活性(FeCoMnCuNi)、低成本和优异的稳定性而蓬勃发展。由于单原子在制备过程中容易团聚，因此载体材料的选择对于TM-SACs的形成尤为重要。载体也会影响催化反应中的电子输运和物质输运过程。MOFs具有结构可调、改性方法多样等优点，在TM-SACs的制备方面具有很大的潜力。图1. 基于MOFs的TM-SACs的制备策略和表征方法02成果展示金属有机骨架材料(Metal-organic frameworks, MOFs)由于其独特的结构和组成，在燃料电池和金属-空气电池的氧还原反应中得到了广泛的应用。近年来，以MOFs为前驱体或模板制备过渡金属单原子电催化剂(TM-SACs)的研究取得了很大进展。近期，吉林大学材料科学与工程学院郑伟涛团队对MOFs衍生的TM-SACs的制备方法和表征手段进行概述，并在此基础上归纳了TM-SACs的结构与性能的关系 (图1)。该综述旨在阐明大量的最新研究进展，来指导高活性、高负载量、高稳定性的TM-SACs的实现。第一作者为吉林大学材料科学与工程学院硕士生宋可心，通讯作者为张伟教授和郑伟涛教授。03图文导读1.ORR反应机制与优化原则ORR的反应过程如图2所示。由于反应条件的不同，导致酸性和碱性条件下的反应机制存在一定的差异。研究表明，酸性条件下较差的ORR性能主要是由于反应过程中吡啶-N质子化为吡啶-N-H结构，所以可以通过以下方式改善酸性条件下的ORR性能：1）防止质子和吡啶-N在酸性环境中快速结合；2） 增加本征活性和活性位点的数量。然而，在碱性条件下，大多数研究证明吡啶-N在催化过程中起着积极的作用。因此，增加吡啶-N的含量和增加金属活性中心数量是改善碱性条件下ORR性能的重要手段。此外，O2分子在活性位点上的吸附方式主要分为以下三种：Griffiths模式、Pauling模式和Yeager模式。不同的吸附模式也对催化机制产生一定的影响。图2.(a)酸性条件下ORR反应示意图。(b)碱性条件下ORR反应示意图。(c)O2在金属活性位点的三种吸附模式示意图2. 单原子催化剂的表征手段由于SACs的金属的尺寸很小，对表征技术提出了更高的要求。电镜技术和谱学技术的有效结合可以实现SACs的定性和定量分析。球差电镜利用其超高的空间分辨率可以直接观察到单原子的存在。结合EELS和EDS可以准确地确定材料的元素分布，有利于结构分析和物相识别。谱学技术，如(原位)X射线精细结构分析、穆斯堡尔光谱、红外光谱、原位拉曼光谱和原位漫反射红外傅里叶变换光谱（DRIFTS），有助于准确表征SACs并探究催化机理。这些表征技术从不同角度证实了SACs的存在，形成了完整的SACs表征体系。表征技术如图所示：图3.(a)FeSAC@FeSAC-N-C的不同放大倍数的像差校正STEM图像和EDS图像。(b)Co-pyridinic N-C的不同放大倍率的像差校正STEM图像和EELS光谱。(c) Co(mIm)-NC(1.0)催化剂的亮场STEM图像、HAADF-STEM图像和相应的EELS光谱图像。(d) Co(mIm)-NC(1.0)催化剂的亮场STEM图像、HAADF-STEM图像和相应的EELS光谱图像图4.(a)不同电位下Au L3边和Cu K边的XANES光谱和EXAFS拟合分析.（b）不同电位下的Pt1-N/C的XANES光谱和EXAFS拟合分析3. 基于MOFs制备TM-SACs的五大策略由于MOFs独特的空间结构，是制备TM-SACs的良好前驱体。在这一部分中，详细总结了使用MOFs制备TM-SACs的五种策略，并探讨了TM-SACs的结构特征和性能之间的相关性。所有这些策略都集中于如何保护过渡金属原子在热解过程中不发生团聚。由于MOFs后处理的方式不同，保护机制也存在一些差异。根据保护机制的不同，本部分将其分为以下五种策略：1) 表面限域策略：由于MOFs提供高度分散的金属位点，是制备TM-SACs的理想前驱体或模板。通过使用牺牲金属（SMs）的“空间栅栏”效应，可以调整过渡金属之间的距离，从而有效地避免高温下过渡金属原子的聚集。因为SMs的熔点相对较低，它们在热解过程中挥发。根据过渡金属的掺杂数量，主要可分为以下几类：1）单金属掺杂；2） 双/多金属掺杂。图5.(a)Fe掺杂ZIF-8衍生催化剂的合成过程示意图和不同粒径的Fe掺杂ZIF-8的SEM图像。(b)ZIF-8前驱体中Fe掺杂量对催化剂结构和活性影响示意图。(c)NC吸附铁离子的模型催化剂示意图及反应路径图。(d)通过调节Zn/Co的摩尔比制备Co-SAC/N-C的示意图。(e)负压热解法制备三维石墨烯骨架上的SACs示意图2) 空腔限域策略：利用MOFs独特的空腔结构优势，对金属前驱体进行封装。这种封装效应可以最大程度地减少热解过程中金属前驱体的聚集。对于ZIF结构，ZIF-8是一个具有菱形十二面体结构的三维空间纳米笼，由锌离子和二甲基咪唑配体组装而成。其具有孔径为3.4Å、空腔直径为11Å的空腔结构，金属前驱体可封装在里面来实现金属前驱体的空间隔离。高温碳化后，ZIF-8变成氮掺杂碳骨架，为金属位点的负载提供了载体。常见的金属前驱体可分为以下几类：1）金属无机化合物，如金属盐和金属氢氧化物；2） 金属有机化合物，如乙酰丙酮化合物和二茂铁；3） 金属大环化合物，如酞菁、卟啉和菲咯啉。图6.(a)Mn-SAS/CN催化剂的制备示意图和原位XANES光谱。(b)基于Kirkendall效应制备的(Fe,Co)/N-C催化剂示意图。(c)基于ZIF-8前驱体制备C-Cu(OH)2@ZIF-8-10%-1000的原理图。(d)Fe-ISA/CN催化剂制备示意图。(e)微孔限制和配体交换法制备Co(mIm)-NC催化剂示意图3) 外层保护策略：对MOFs的外层采取一些保护措施，以避免在热解过程中结构坍塌和金属原子的聚集。未热解MOFs表面的金属离子呈现高度分散的单原子态。但是在热解后由于单个原子的高比表面能，会发生团聚，这大大降低了金属活性位点的利用效率。此外，高温热解后，MOFs的孔结构坍塌，不利于催化剂传质过程和更多活性位点的暴露。因此，应采取措施对MOFs的外层进行保护，以促进高密度TM-SACs的形成，并保持热解后结构的稳定性。常用的保护策略主要分为以下两类：1）有机化合物（如表面活性剂、酶和聚合物）的保护策略；2） 主客体策略。图7. (a)原位约束热解法制备核壳结构的Co-N-C@surfactants催化剂示意图。CoN2+2活性位点构型和反应自由能演化图。(b)酚醛树脂辅助策略制备核壳结构1.0-ZIF-67@AF催化剂示意图。(c) CoNi-SAs/NC催化剂制备示意图。(d)配体交换策略制备C-AFC© ZIF-8催化剂示意图。(e) Fe-SAs/NPS-HC催化剂制备示意图4）相扩散策略：湿化学合成法通常用于制备以MOFs为前驱体的TM-SACs，即金属前驱体的合成在溶剂中完成。此外，由于单原子与其载体之间的弱相互作用，单原子在随后的制备和催化反应过程中不可避免地会团聚。如果使用MOFs衍生的碳载体作为前驱体，金属原子在高温下的扩散特性将被捕获并在碳载体上还原。这种强烈的相互作用可以提高催化剂的高温稳定性，也为TM-SACs的制备提供了一条新的途径。相扩散策略主要分为以下两种方法：1）球磨法（固相扩散法）；2） 气相扩散法。图8.(a)固相合成法制备Fe掺杂ZIF-8的原理图。(b) M15-FeNC-NH3催化剂制备示意图。(c) Fe-N/C催化剂制备的示意图及ORR性能曲线。(d)气相扩散法制备Cu-SAs /N-C催化剂示意图。(e)金属氧化物热扩散法制备Cu ISA/NC催化剂原理图和Cu-N3-C、Cu-N3-V自由能演化图5）双模板策略：模板策略可以通过模板本身的空间约束效应来控制合成材料的形态、结构和几何尺寸。MOFs是合成TM-SACs的最佳前驱体或模板。外来模板的引入可以对MOFs的形态和尺寸进行一定的限制。三维骨架上的金属原子可以得到很好的保护，有效地避免了热解过程中单个原子的团聚。根据热解后是否需要额外繁琐的步骤去除外来模板，这种双模板策略主要分为以下两类：1）一步模板法：PS和盐模板法；2） 多步骤模板法：介孔SiO2、SiOX和有序介孔硅。图 9.(a)利用KCl模板制备了SCoNC催化剂的制备图和不同放大率的HAADF-STEM图像。(b)PS模板法制备具有分级多孔结构的FeN4/HOPC催化剂的制备示意图。(c)PS模板法制备Fe/Ni-NX-OC催化剂示意图04小结MOFs材料的优异特性为高负载量、高稳定性、高催化活性的单原子催化剂的制备提供了丰富的平台。目前还有许多需要解决的问题，主要包括以下几个方面：1）充分发挥MOF材料的结构多样性的优势，探索一些新的策略来制备TM-SACs。目前主要以ZIF结构为主来制备TM-SACs，可以充分挖掘其他结构的MOF材料来进行制备。2）TM-SACs的单原子活性位点通常以TM-N4为主，这种配位结构被认为具有良好的ORR活性。对活性中心的配位结构进行调整，可以使得它们的活性得到进一步提高。目前已有的调整方式主要包括构建双原子活性中心、引入非金属(S,P,B)、纳米粒子与单原子协同催化、构建客体基团等。3）提高过渡金属单原子的负载量。催化剂的活性与催化位点数目和本征活性息息相关。对于TM-SACs，在合成过程中最大程度地避免单原子的聚集，提高过渡金属的利用效率，将MOF前驱体中的金属位点最大程度地转变为TM-NX结构。 4）实现TM-SACs的大规模制备和通用策略制备。金属浓度过高会导致单原子催化剂在制备过程中极易发生团聚， 并且由于不同种类的金属的配位环境和物理化学性质不同，难以实现制备策略的通用化。因此，开发一种新的策略去实现TM-SACs的大规模制备和通用化制备显得尤为重要。5）利用先进的表征手段和原位技术，在原子水平上对催化剂的结构进行剖析，从而探究结构与性能的关系。这些技术为MOF材料为目标明确的TM-SACs的设计提供了指导。6）结合理论计算去探究TM-SACs的氧还原反应动力学和最佳反应路径，确定催化剂的真实活性位点和反应过程的决速步。这为催化剂的结构设计提供了理论支撑，从而更好地提高TM-SACs的性能。

近日，中国科学院大连化学物理研究所太阳能研究部太阳能制储氢材料与催化研究组研究员章福祥团队设计合成了一种单原子铋修饰铜合金催化剂，用于电催化CO2还原。该催化剂展现出优异的C-C偶联功能，显著提高了多碳（C2+）产物的法拉第效率。太阳能光催化技术是实现太阳能至化学能转化的重要方式之一，而高效助催化剂的开发是实现高效光化学转化的重要一环。近期，章福祥团队致力于通过电催化剂的优化设计，开发高效光催化助催化剂，在电催化水氧化、电催化析氢和电催化氧还原等催化剂设计合成方面取得系列进展。 电催化还原CO2（CO2RR）制备燃料或化学品，不仅可实现CO2的资源化利用而且可用于绿色氢能的液态储存，可为太阳能光催化制储氢一体化技术奠定基础。该领域的文献调研发现，单原子合金（SAA）作为一种具有特殊电子结构的单原子催化剂，虽已被用于CO2RR制备C1产物，但尚未有实验结果证明其可用于高效制备C2+产物。 本工作设计合成了一种单原子铋修饰铜合金催化剂（BiCu-SAA）。研究发现，该催化剂具有显著的C-C耦合促进作用。与纯铜催化剂相比，BiCu-SAA催化剂显著提高了C2+产物选择性以及FE(C2+)/FE(C1)比率。一系列原位红外、XAS等表征和理论计算结果表明，单原子铋修饰可有效调节铜的电子结构，促进CO2活化和C-C偶联步骤，解释了获得较高C2+产物选择性的原因。 相关研究成果以Single Atom Bi Decorated Copper Alloy Enables C-C Coupling for Electrocatalytic Reduction of CO2 into C2+ Products为题，发表在《德国应用化学》上。研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中科院战略性先导科技专项（A类）“变革性洁净能源关键技术与示范”以及北京光源机时等的支持。南开大学和中国科学技术大学的研究人员参与研究。大连化物所开发单原子合金材料促进电催化CO2还原的C-C偶联

仪器信息网讯 2021年6月3日，荷兰埃因霍芬理工大学Emiel J. M. Hensen教授（通讯作者）领军的团队，与北京低碳清洁能源研究院的蒋复国博士（Fu-Kuo Chiang）在电镜工作方面合作，以题目为“Interface dynamics of Pd–CeO2 single-atom catalysts during CO oxidation”的文章，发表在自然子刊Nature Catalysis上。【工作亮点】1. 利用火焰喷雾热解法（FSP）成功合成具有高活性/比表面积、用于低温CO氧化的Pd/CeO2的单原子催化剂。2. 原位红外光谱、近常压X射线光电子能谱（NAP-XPS）和X射线吸收光谱（XAS），揭示了Pd-CeO2界面上不同的动力学行为。3. 利用EXAFS得到纳米晶体中Pd-Ce的键结行为，并利用球差电镜表征Pd与Ce在实空间中的分布情形。【研究背景】近年来，贵金属在固体载体上的原子分散已成为多相催化研究的热点。在追求最终催化效率的过程中，单原子在反应条件下的稳定性是关键。对于内燃机尾气处理来说，CO的氧化是研究最多的CeO2基催化剂反应之一，常用的方法是通过还原处理Pt/CeO2 单原子催化获得非常小的Pt团簇可以导致低温CO氧化的高活性体系。对于汽油动力车辆排气净化系统的实际应用，钯和铂同样具有吸引力，关键成分的选择通常由金属价格差异决定。然而，当铂和钯作为单原子分散时，其本质不同，钯不需要还原活化。这着实简化了反应的机制并降低了成本。【成果摘要】本工作报道了一种利用火焰喷雾热解（FSP）技术一步合成高比表面积Pd/CeO2纳晶单原子催化剂（SACs）的简单方法，比传统浸渍法制备的单原子Pd-CeO2 纳米棒系统具有更低的催化温度、更高的CO氧化活性、以及高出数倍的比表面积。文中比较了这两种用于低温CO氧化的Pd/CeO2催化剂，分别通过常规浸渍法和简易的一步火焰喷雾热解法（FSP）合成。这两种合成路线能使制备态Pd以原子级分散。然而，浸渍催化剂中的氧化SAs在高温下容易发生还原和烧结，而在FSP衍生的Pd掺杂CeO2的纳晶表面则保持完整。详细的表面表征（包括近大气压力和共振光电子能谱）表明，在反应条件下，从CeO2溢出的氧原子抑制了Pd的还原，对氧化单原子的稳定起着关键作用。对金属-载体相互作用现象的理解和控制对于稳定单原子催化剂的合理设计至关重要。表征工作显示，原位红外光谱、近常压X射线光电子能谱（NAP-XPS）和X射线吸收光谱（XAS）揭示了单原子的动力学性质截然不同。结构方面，同步辐射EXFAS谱显示Pd-Ce之间的键结关系，说明了Pd在CeO2内部及表面的配位关系。大量的球差电镜暗场相（STEM-HAADF）更在实空间下还原了催化剂中Pd的真实分布情形；另一方面，能谱仪（STEM-EDS）也反映了Pd元素在FSP纳晶及棒状SACs催化剂中Pd的分布，直指两种方法制备的催化剂性能有明显不同的原因，并得到影像上的直接证据。图1 棒状和FSP Pd/CeO2 SACs的STEM暗场像及STEM-EDS表征图S1 STEM-EDS显示在棒状Pd/CeO表面有Pd-O团簇图S2 STEM暗场像分析表明FSP Pd/CeO2 SACs 中Pd的单原子分布情形图2 CO氧化的动力学分析图3 反应引起Pd位点的结构性变化。a. K3-weighted FT-EXAFS (Pd K edge)，b. 原位近常压XPS。c. 原位DRIFTS谱图图4 原位XPS表征Pd的吸收谱能量变化图5 原位光谱侦测Pd-CeO2界面的还原。a, b. 原位XPS及RPES。c. Pd和Ce的氧化态机理。d. 原位XAS/WAXS图6 图示原位光谱结果揭示CO氧化过程中SACs的演变另外，在反应条件下，以浸渍法合成纳米棒上的Pd易发生还原和快速聚集。相反的，FSP衍生的催化剂保留了Pd2+的稳定性质。局部结构和CeO2表面晶格氧迁移率的不同程度，合理化了两种Pd-SACs的不同稳定性。原位共振光电子能谱（RPES）提供了Ce晶格氧与CO在低至50℃下反应的光谱证据。【结论】 借助于先进的光谱学及电镜工具，该成果证明了CeO2纳米棒上的Pd和FSP衍生的Pd掺杂CeO2的氧迁移率在体相和表面上有很大的不同。该团队先前的DFT研究预测，在掺杂的方形平面Pd-O4结构基序附近，氧空位形成的势垒显著降低。相反的，载体的表面还原性是锚定以离子形式存在的贵金属单原子（Pd）催化剂稳定的关键。我们推测，在反应过程中，从载体上溢出的氧达到了Pd原子因而抑制了它们的还原，这对于保留Pd氧化物的孤立性至关重要。该团队早期的DFT研究表明，还原的Pd吸附原子易于在CeO2表面扩散，并形成在低温CO氧化中不起作用的金属团簇。FSP法合成的纳米CeO2掺杂Pd后，在Pd-CeO2界面上容易发生氧输运，可以解释氧化Pd单原子在CeO2表面的独特稳定性。这些结果表明，FSP是一种具有较高金属负载量的致密单原子催化剂的合成策略，优于传统制备方法制备汽车尾气中和剂，具有更高的活性以及转化效率。本次成果中应用的STEM球差校正透射电镜JEM-ARM200F（北京低碳清洁能源研究院实验室供图）【合著单位简介】埃因霍芬理工大学埃因霍芬理工大学（Eindhoven University of Technology，TU Eindhoven；荷兰语为Technische Universiteit Eindhoven；缩写为TU/e），创建于1956年，位于荷兰王国埃因霍芬。TU/e作为欧洲卓越理工大学联盟战略成员，其高质量的教学与科研在国际上享有很高的知名度，是欧洲顶尖理工大学。在2021QS世界大学排名中，埃因霍温理工大学位居第120位 。北京低碳清洁能源研究院北京低碳清洁能源研究院（下称“低碳研究院”）成立于2009年12月，隶属于国家能源集团公司。低碳研究院紧紧围绕国家能源集团建设具有全球竞争力的世界一流能源集团的战略目标，致力于低碳清洁能源技术开发，既通过技术创新支持国家能源集团的核心业务，也依靠研发驱动寻求新的企业增长点，同时开发世界一流技术，力求具有国际影响力和竞争力。低碳研究院目前设有北京、美国、德国3个全球研发基地，近600名青年博士、硕士及其他各方面优秀人才，其中国外员工占30%以上。研究领域主要聚焦于煤的清洁转化利用、煤基功能材料、氢能及利用、水处理、分布式能源、催化技术、先进技术等领域，并全面开展了相关领域的技术研发和创新。【蒋复国博士线上公益讲座预告】6月24日，蒋复国博士将在仪器信息网主办的“第七届电子显微学网络会议(iCEM 2021)”上分享报告，欢迎报名聆听。报告题目：工业催化剂中助剂的结构与分布报告摘要：报告将介绍利用球差电镜及高分辨能谱仪，结合原位XPS、XRD、同步辐射等手段，探究工业催化剂的结构及反应助剂，包括Pd/CeO2、Cu/ZnO、以及Pt/ZSM-5。反应助剂会以表面单原子/纳米颗粒、表面碳化物纳米颗粒、以及结构性键结等形态存在催化剂中，因而不同程度的提高活性；另外，结构助剂能有效阻隔催化剂颗粒在还原过程中的长大，抑制在15纳米以下。报名链接：https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/icem2021/

南方科技大学杨烽团队与郑智平讲席教授/张新瑜团队展开合作，利用环境球差透射电子显微镜（ETEM）耦合原位谱学的方法，在高温反应环境中，从原子层次上揭示了过渡金属单原子和多孔碳载体的起源和动态演化过程，阐明了液态金属作为重要中间物种，在形成单原子催化剂和刻蚀多孔碳结构中起到的关键作用。从原子尺度研究催化剂在反应环境中的表/界面结构及其动态演变对合理设计催化剂和揭示反应机理具有重要意义。在金属催化剂合成过程中原位揭示金属物种的演化过程、认识金属在载体表面的行为是催化剂结构精确控制的关键。高温热解是一种常用来制备金属单原子催化剂的方法。然而，在高温(500-1000 ℃)以及含碳环境中，相比于贵金属（Pt、Rh、Ag等），非贵金属过渡金属（Fe、Co、Ni）纳米颗粒表现出更加复杂的动态行为，如：熔融、碳扩散、团聚、结构演化等，从而对理解和揭示这一类单原子催化剂制备过程中的结构控制机理带来挑战。另一方面，在高温(500-1000 ℃)过程中原子层次的原位表征也存在较大困难。原位环境球差透射电子显微镜（ETEM）可以从原子尺度研究工况条件下催化剂的结构和演化等过程，尤其是适合于组成、结构不均一体系的局域表征；耦合原位电子能量损失谱（EELS），还可以提供物种价态变化等信息；此外，具有原子分辨的原位球差暗场电镜也非常适合于热场环境中金属单原子的研究。作者利用原位ETEM，在200-1000℃追踪了金属有机框架化合物前驱体（Co/Zn-ZIF）热解产生Co单原子的过程。研究发现热解过程中Co金属物种表现为团聚、分散、再团聚、升华的动态过程（图1）。耦合原位EELS监测了该过程中元素的化学演变（图2），发现升温至500℃时金属Zn已经升华消失；框架中的C逐渐转化为石墨化碳；在700 ℃，碳载体中原子级均匀分散的Co与C相互作用，形成类似Co 2 C的配位结构。而这种Co-C相互作用相对较弱，在更高温度850℃重新团聚成金属Co纳米颗粒（图3）。ETEM研究表明在850℃金属Co纳米颗粒熔化，并在载体中流动、扩散，刻蚀出多孔/缺陷碳结构，同时与碳载体发生反应生成碳化物（CoC x ）（如下式）；Co (l) + C (ZIF) → CoC x + C 1−x (defect∕porous structure)在这一液态金属扩散过程中，伴随着金属Co原子被刻蚀后的C-N缺陷位点锚定，形成单原子结构（图3）。原位HAADF-STEM和非原位XAFS表征进一步证实了上述过程，研究发现单原子Co在多孔CN x 载体上具有良好的稳定性，而剩余的CoC x 颗粒在高温1000 ℃逐渐升华（图4）。这类单原子Co催化剂在乙基苯选择性氧化模型反应中展示出优异的催化性能和稳定循环性。该工作近期在线发表在 Advanced Science ，并被选入Hot Topic: Carbon, Graphite, and Graphene。论文第一作者是南方科技大学研究助理张璐瑶，共同第一作者是博士研究生李岩岩、博士后张蕾；通讯作者是南方科技大学的郑智平讲席教授、杨烽助理教授、张新瑜研究助理教授。原位电镜数据在南方科技大学皮米中心收集，XAFS数据在北京同步辐射光源收集。该工作得到了国家自然科学基金、北京分子科学国家研究中心、科技部重点研发计划、广东省和深圳市项目的资助。图1. 原位ETEM表征Co/Zn-ZIF在200-1000 ℃的热解过程和金属物种行为。图2. 室温-1000 ℃原位EELS表征前驱体热解形成金属单原子过程中的化学变化图3. 原位ETEM表征熔融Co纳米颗粒扩散和刻蚀碳载体形成多孔结构，单原子锚定示意图图4. 1000 ℃原位HAADF-STEM表征金属团簇升华与单原子的稳定性。WILEY论文信息：Direct Visualization of the Evolution of a Single-Atomic Cobalt Catalyst from Melting Nanoparticles with Carbon DissolutionLuyao Zhang#, Yanyan Li#, Lei Zhang#, Kun Wang, Yingbo Li, Lei Wang, Xinyu Zhang*, Feng Yang*, Zhiping Zheng*Advanced Science

全球活性氮增加引起的氮循环失衡使硝酸盐成为水中最普遍的污染物之一。硝酸盐污染威胁着生态安全和人类健康。通过硝酸盐还原方式合成氨，不仅有助于水中硝态氮污染物的去除，而且有助于缓解社会对氨能源的需求，减少污染，降低能耗。电化学反应过程对条件要求适中，易于运行并且高效，可将硝酸盐直接转化为氨。但通常，在硝酸盐的电化学还原过程中，在纳米及更大尺寸电极的活性位点上易于发生氮-氮偶联反应生成氮气，制约氨的高效生成。因此，开发具有高活性、低成本和高选择性优势的电极材料是该领域研究的核心之一。李淼团队针对钴（Co）金属电极活性差、易钝化导致难以实用的瓶颈，通过缺陷碳的稳定固化作用，开发了一种磷（P）掺杂的单原子钴催化剂材料（如图1所示），可有效避免偶联反应发生，使最终产物具有更高的氨选择性和还原活性。这种磷掺杂单原子钴催化剂具有更高的硝酸盐还原去除性能，以其作为催化剂的最高氨生成法拉第效率为92.0%、最高氨产率为433.3μgNH4+h−1cm−2。图1 单原子催化剂结构形貌分析结果研究团队采用自然界极少的15NO3−作为氮源，以同位素标记法进一步证明了氨生成的唯一氮来源为硝酸盐。利用1H核磁共振（NMR）仪对产生的氨进行检测，14NH4+和15NH4+的核磁谱图分别具有典型的三峰和双峰结构。研究采用多种实验分析手段对载体结构进行了分析。结果表明，磷的掺杂进一步提高了碳氮载体的缺陷程度，提供了更多的固定位点负载单原子钴，并且缺陷位点会对相邻金属钴活性位点的电子结构和性能产生影响，提高了电极导电性。图2 电极性能结果研究团队根据密度泛函理论计算，创新强化污染物净化的单原子尺度结构调控理论与方法，从分子水平上对硝酸根在模型单原子钴催化剂活性位点的转化反应机理进行了探究，分析反应路径和能量变化。结果表明，硝酸根在单原子位点上逐步发生脱氧加氢的基元反应，N*物种可以在外部提供能量时进一步偶联形成氮气，也可以自发与氢逐步反应形成铵盐。磷掺杂后形成的缺陷位点可以促进临近CoP1N3位点对硝酸盐的催化转化，硝酸盐还原过程发生8电子数转移生成铵盐。此外，研究还发现，金属活性位点临近的缺陷结构有助于进一步提高单原子催化剂活性，在理论上为设计高活性位点的催化剂提供指导并揭示硝酸反应转化和产物分布规律。图3 反应机理示意图该研究成果于7月12日以《高法拉第效率钴单原子催化剂显著促进氨生成》（Boosted ammonium production by single cobalt atom catalysts with high Faradic efficiencies）为题在线发表在《美国科学院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America）上。论文第一作者为清华大学环境学院博士后李佳澄，论文通讯作者为清华大学环境学院李淼副教授，环境学院刘翔教授等人对实验提供了重要指导和帮助。研究项目得到国家自然科学基金面上项目和重点研发计划的资助。

近年来，催化已经成为时下火热的领域。随着人们对自然资源、环境气候的重视，低碳、绿色已经成为发展不可回避的主题，而催化也是这进程中最为关键的核心技术。为推动催化研究交流、化学化工学科建设，天津大学化工学院和岛津企业管理（中国）有限公司于2023年3月25日共同举办“第二届天津大学-岛津高端催化学术论坛”，邀请国内催化相关领域的顶尖专家进行学术交流及学科建设讨论。大会现场天津大学副校长/化工学院院长 马新宾教授致辞天津大学副校长/化工学院院长马新宾教授首先对参会的催化领域专家的到来表示感谢。天津大学和岛津一起举办高端催化论坛，希望通过这种形式，催化领域的专家、学者能进行更多、更充分的交流、沟通。马新宾教授也希望通过这种交流，逐渐扩大“天津大学-岛津高端催化学术论坛”的广度和深度。岛津分析计测事业部营业部副部长马景辉致辞马景辉副部长表示，现代化学工业中有90%的产品是借助催化过程生产实现，生产总值约为工业生产总值的25%。没有催化科学的发展和催化剂的应用，就没有现代化学工艺。天津大学化工学院化学工程与技术一级学科，在领域内享有盛誉。岛津希望借助本次论坛能与行业的专家深入探讨，进一步加深相互沟通和了解；同时也希望凭借自身140年的历史积淀为催化研究提供稳定可靠的分析仪器解决方案。主题报告报告题目：生物质醇高效转化的催化基础报告人：北京化工大学 何静教授何静教授表示，人类已经进入“第四次工业革 命”即绿色工业。生物质能源产业主要有生物柴油和生物乙醇两类，全球生物柴油市场需求已经超过4000万吨/年，生物乙醇超过400万吨/年。在双碳目标导向下，能源行业也将发展重点由石油能源转向生物质能源。何静教授团队主要研究了乙醇化学中乙醇化学键的定点活化与定向转化，构建了金属-酸-碱多中心接力协同体系，大幅提升反应选择性。设计了MgAl-LDO、Ni-Li-LDO、Fe@GCN、Cu2O-SrTiCuO3-x等催化体系。此外何静教授也在甘油化学中甘油伯仲位定点活化与高效定向氧化方面有研究。报告题目：自适应催化位点调控CO2定向转化报告人：天津工业大学 仲崇立教授二氧化碳作为温室气体随着人类生产生活等活动，在近几十年内急剧增加。仲崇立教授团队基于在沸石催化体系长期积累，构建了柔性多金属单原子位点催化剂制备的平台技术，利用EDTA取代MOF材料特定位点，通过EDTA与金属的相互作用，得到了高度分散的多金属单原子催化剂。并以Cu-Ni催化体系为例，利用球差电镜、原位电子自旋共振等方法明确催化剂结构，同时说明了柔性多金属单原子催化剂在二氧化碳转化方面展现了优异的性能。报告题目：离子液体强化CO2电催化过程报告人：中国石油大学 张香平教授二氧化碳电化学还原是极具潜力的领域。离子液体不挥发、稳定、有催化、导电等特殊的性质。张香平教授团队针对离子液体的特性，在其稳定性好的基础上引入碱性官能团和多个活性位点，制备了[Bmim][Triz]等碱性离子液体和[P444][4-MF-PhO]等 芳香脂类的双位点离子液体，并对离子液体在微环境的表现以及在电极秒面的性质进行了考量。张香平教授还利用离子热法制备硫化铟催化剂和利用电沉积法制备改性Pd和Ag催化剂，以及对离子液体中二氧化碳还原过程中产生的纳米气泡的生成原理进行了探究。此外，张香平还在电化学催化的成本方面，对之前做的研究应用前景进行考量与分析。报告题目：碳基硝基加氢催化剂的设计报告人：中南大学 刘又年教授芳香胺是关键基础化学品，广泛应用于染料、医药、农药和光电材料等，对工业生产具有重要支撑作用。非贵金属由于其含量大、成本低、催化性能好，通常为硝基催化加氢的理想催化剂，但相比于贵金属催化剂也在稳定性等方面存在缺点。刘又年教授利用金属中心调节-多金属位点的方法，构建了基于Co和Zi双活性中心的金属催化剂，其性能优于已有报道的纳米粒子中心催化剂，并可以在常温下对硝基苯类化合物催化加氢有较好的选择性和催化效率。此外，在金属中心合金化方面合成了Ni-Cu合金催化剂；在金属中心单原子化方面合成了N、S共配位的Co催化剂。报告题目：烷烃芳构化研究报告人：中科院山西煤炭化学研究所 樊卫斌研究员芳烃制备传统工艺的原料通常来源于石油化工的裂解和石油馏分的重整。樊卫斌研究员通过Ga/ZSM-5分子筛催化剂实现了丙烷芳构化，BTX收率约为60%。跟据核磁共振分析，对这种Ga催化剂的结构和配位状态进行研究，明确了高度分散的Ga是实现反应高活性和高稳定性的关键。樊卫斌研究员团队通过DFT计算和原位表征技术深入分析并明确了丙烷芳构化的反应机理，解决了长期以来在反应机理方面的争议。在费托尾气芳构化方面，樊卫斌构建了两段流化床的新工艺，增加了芳构化效率；在长链烷烃芳构化方面，以beta-分子筛为基础构建了一些列催化体系，增加长链烷烃如庚烷芳构化的效率及收率。报告题目：CO2电化学转化与过程强化报告人：天津大学 张生教授张生教授团队在二氧化碳电化学多层次转化上以绿色化学为基础，构建了从催化剂到电极，到反应器再到工业点解槽的研究模式。在催化剂理性设计上设计了二氧化碳电化学制备甲酸反应途径，合成并表征了CeO2/SnO2催化剂，并在静电纺丝表面构建成异质界面纳米纤维。在电化学过程强化上，张生教授引入刚性四氟乙烯和柔性离聚物分别构建了反应物二氧化碳和质子传输通道，协同强化二者传递过程。此外尝试用其他多种材料增强点解反应过程中电子传输效率。张生教授在报告的最后，介绍了团队在二氧化碳工业化方面取得的进展。报告题目：催化剂评价系统-微型反应器搭档气质联用仪报告人：岛津分析计测事业部市场部GCMS产品专员 王子君催化已经渗入了生活的方方面面。岛津公司开发了一套适用于实验室催化剂快速筛选的系统，可以帮助催化领域的研究者加速对催化剂的研究。微型反应器μ-Reactor是简便的分析系统，可以对气体、液体和固体样品进行分析检测；高性能微型反应炉可以实现高精度温度控制和快速升降温；产物快速分析支持在线MS检测，并且可以在8个温区GC/MS分析。报告题目：单原子催化剂的配位环境和动态演化行为研究报告人：中科院大连化物所 王爱琴研究员催化自提出开始便不断受到化学家的重视。单原子催化剂是一类仅含相互孤立的个体原子作为催化活性中心的负载型催化剂。王爱琴研究员首先介绍了单原子催化剂的发展过程，标准研究规范，并将其概念进行拓展，以及单位点催化剂和单原子催化剂的区别与共通部分。这种催化剂的已经不适用于传统界面化学的定义，其带来的新概念也带来新的思考。介绍了单原子活性中心微配位环境的多样性研究、微配位环境的精细调控的研究、Ru-N-C单原子催化中心微配位环境调控研究、Ru-N-C第二壳层配位环境的研究、Co-N-C单原子催化中心微配位环境调控研究等。在报告的最后，以铜基催化剂为例，介绍了在原位表征技术的辅助下，活性位点在反应条件下由单原子到纳米颗粒再到单原子的结构动态变化。报告题目：冷等离子增强作用下CO2在碳化钼表面的定向活化与转化报告人：大连理工大学 石川教授冷等离子有能打破原有热力学平衡，低温、快速高效，但也有定向性差等特点。石川教授借助冷等离子体构建了冷等离子体-催化耦合CO2加氢催化制取CO体系。在温和条件下，冷等离子体-催化耦合表现出的催化效率是TOF颗粒催化剂的2倍。通过等离子体系的使用，避免了反应过程积碳的问题，提高了反应稳定性，解决了工程长期存在的问题。课题组进一步研究了等离子体-催化协同机制的特点，并用该方法研究了CH4-CO2重整反应的催化研究。报告题目：铁基催化材料的理论设计基础报告人： 中科院山西煤炭化学研究所 温晓东研究员催化科学是借助数据科学与量子力学之间的学科，涉及材料化学、化学工程、分析测试、配位化学、表面科学、物理化学等诸多领域。计算化学作为理论工具已经成为一种“微观层面分析的手段”。以费托合成为多相催化技术研究的典型范例，课题组研究了工业铁基催化剂的活性、选择性和稳定性。基于DFT优化模型为基础，对铁-碳催化剂形成的活性物相进行了辨析和调控研究，并对并针对新一代工业铁基催化材料的预测和开发进行了讨论。此外，温晓东研究员团队在煤炭间接液化制备油品技术方面，发明了260~290费托反应催化剂活性的碳化/氧化动态稳定化技术。报告题目：沸石分子筛上活性位与催化反应机制的固体核磁共振研究报告人：中科院武汉物理与数学研究所 徐君研究员核磁共振在固体核磁、材料科学、表面化学、生物科学等领域有诸多应用。沸石分子筛的物理化学性质特殊，在催化领域中有重要应用前景。徐君对ZSM-5分子筛骨架用借助固体NMR，对其Lewis酸性位活性进行评估。此外也用NMR观测了Zn、Mo、Ga改性后的分子筛金属活性中心，并且定了新的活性位点。徐君研究员也构建了简述协同活性中心的方法，利用NMR、IR等检测手段，跟踪了Mo/ZSM-5分子筛催化剂甲烷无氧芳构化反应、研究了Sn-分子筛Sn活性位点的醛酮交换反应。位进介绍了分子筛不同T位点区分与反应活性。此外，核磁共振也可以用于观测分子筛中相互作用研究，例如：分子筛孔道与酸性影响双分子反应、非共价键相互总用对反应活性影响等。报告题目：同步辐射X射线谱学在能源小分子催化转化中的应用报告人：中国科学技术大学 姜政教授姜政教授介绍了X射线吸收能谱，以及SRXS方法与材料结构关联的信息。目前X射线朴学表征方法学利用原位该分辨XANES、模拟计算、Δ-μXANES和亚秒/秒级时间分辨+大数据分析。在小波变换方面首次通过原位XAF研究了Co2C的形成过程；在高分辨X射线发射谱方面，借助差谱特征判断Co和Mn相关催化剂的结构变化；通过原位发射谱研究Cu基催化剂还原CO2等。同步辐射光源谱学平台已经在北京、上海、合肥等多地完成建设。其中上海光源谱学平台已经有动力学线站、能源材料线站、稀有元素线站等多条分析线。报告题目：数据驱动的工业催化剂设计报告人：天津大学 赵志坚教授催化反应工程从最远处的试错法，再到人为计算，再到如今的人工智能背景下的大数据计算，已经取得了质的飞跃。赵志坚教授介绍了其团队开发的催化剂模型的算法，对合金特征进行模拟，并在此基础上开发了CuZu纳米催化剂。其催化剂与预测理论活性有较高的相似性，为设计新一代高效催化剂提供了理论基础。此外，课题组也借助DFT计算了CuCo热还原CO2反应机理并进行了实际的实验测试。在复杂反应网络方面，利用机械学习和人工智能抽提描述符提出普适性设计准则，完成对催化剂的快速筛选等功能。在耦合多尺度计算方法上，实现跨尺度按耦合模拟。报告题目：超临界流体色谱分离技术在油品分析中的应用报告人：岛津中国创新中心高级专家 郭彦丽超临界流体是指二氧化碳流体在低超临界温度和压力下呈现的一种特殊的状态。其密度与液体接近，有良好的溶剂化能力，同时粘度和扩散能力接近气体，物质交换效率，由于二氧化碳无毒无害因此也更加环保，且其和油脂互溶性好，适合油脂样品分析。岛津SFC可以在原本GC-FID系统基础上进行合并，完成从气相色谱到超临界流体色谱仪的升级。介绍了SFC-GC-FID柴油中芳烃快速定量、汽油中烯烃分析、油脂样品在线净化实现多环芳烃检测的案例。除此超临界色谱还可以与液相色谱联用对食物油中成分进行分析测定。岛津杯学术报告后，进行了第二届“岛津杯”天津大学化工学院优秀博士生论文颁奖活动，通过post展示、现场答疑，参会的专家无记名投票选出了10篇优秀论文，岛津市场部陈志凌高级经理对10位获奖的优秀论文作者进行了颁奖。岛津为墙报获奖人员颁奖同期也举办了学科建设研讨会，天津大学化工学院的领导与部分参会学校化学和化工学院的院长/副院长一起参加了研讨，就学科建设中学科设立、人才引进、管理、考核等等各方方面进行了非常坦诚、充分的交流，与会者均表示收获颇多。高端催化学术研讨会现场参加论坛人员合影本文内容非商业广告，仅供专业人士参考。

近日，大连化学物理研究所精细化工研究室有机硼化学与绿色氧化创新特区研究组（02T6组）戴文研究员团队在多相光催化硼化方面取得新进展。团队选用易于制备的硫化镉纳米片作为多相光催化剂，利用光生电子—空穴的协同氧化还原作用，通过选择性硼化反应，实现了烯烃、炔烃、亚胺以及芳（杂）环的高值转化，合成了硼氢化和硼取代产物。氮杂环卡宾硼烷（NHC-BH3）由于其化学性质稳定且制备方法简单，近年来作为一种新型硼源，被应用于自由基硼化反应中。然而，大量有害的自由基引发剂或昂贵且无法回收的均相光催化剂的使用仍然阻碍其广泛应用。因此，发展一种通用、廉价且可循环的催化体系对NHC-BH3参与的自由基硼化反应的发展具有重要意义。在上述研究背景下，戴文团队发展了一种简单、高效的多相光催化体系。该体系利用易于制备的硫化镉纳米片作为多相光催化剂，NHC-BH3为硼源，在室温光照的条件下，实现了多种烯烃、炔烃、亚胺、芳（杂）环以及生物活性分子的选择性硼化反应。由于该转化过程充分利用了光生电子—空穴对，从而避免了牺牲剂的使用。进一步研究发现，该催化体系不仅能够实现克级规模放大，且催化剂多次循环后依旧保持稳定的收率，同时，该催化体系作为一个可循环的通用平台，回收后的催化剂仍可继续催化不同种类底物的硼化反应，这些结果可为以NHC-BH3为硼源的自由基硼化反应的发展提供新思路。此外，该工作还对所得到的有机硼化物进行了衍生化，合成了含有羟基，硼酸酯和二氟硼烷反应活性位点的合成砌块。　　戴文团队一直致力于多相催化大宗化学品（烯烃、炔烃、有机硫化物和醇等）的高附加值转化并取得了一系列研究成果：在前期的工作中，分别发展了钴基氮掺杂介孔碳催化醇的氧化酯化制备酯（Angew. Chem. Int. Ed.，2020）、廉价锰氧化物催化醇的氧化氨化制备酰胺和腈（Chem，2022）、铁单原子纳米酶催化酮的氧化氨化制备腈（Science Advances，2022）、锰氧化物催化不饱和碳氢资源的氧化氨化制备酰胺和腈（JACS Au，2023）、钴纳米颗粒和钴单原子协同催化有机硫化物制备酰胺和腈（Nat. Commun., 2023）。　　相关研究成果以“Facile Borylation of Alkenes, Alkynes, Imines, Arenes and Heteroarenes with N-Heterocyclic Carbene-Boranes and a Heterogeneous Semiconductor Photocatalyst”为题，于近日发表在《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）上，并被选为热点文章（Hot Paper）。该工作的共同第一作者是大连化学物理研究所02T6组博士后谢复开和科研助理毛展。上述工作得到了辽宁省优秀青年基金的资助。

7月20日，仪器信息网(instrument.com.cn)与日本分析仪器工业会(JAIMA) 首次共同主办“中日科学家论坛之材料科学”线上科技论坛，以期为中日科学家们提供交流平台，促进两国科学技术的发展。此次在线科技论坛有幸邀请到国际著名光化学家、光催化研究的开创者、中国工程院外籍院士、诺奖热门人选、荣膺2019年度中国政府友谊奖的日本藤岛昭教授，中国科学院院士、北京大学博雅讲席教授、北京石墨烯研究院院长刘忠范教授，中国科学院大学教授，中国科学院物理研究所孟庆波研究员，北京工业大学闫鹏飞教授，国家纳米科学中心孟幻研究员，将分别围绕光催化材料、新能源、纳米材料等前瞻领域进行探讨。同时也邀请到日本电子株式会社（JEOL Ltd. ）TEM应用部总经理助理大西市朗、岛津企业管理（中国）有限公司SPM产品担当陈强将分别为大家分享科学研究离不开的利器技术：最前沿的球差校正透射电镜技术、原子力显微镜技术。以下为藤岛昭教授报告预告，以飨读者：藤岛昭（Akira Fujishima）教授，东京大学特别荣誉教授、东京理科大学荣誉教授、中国工程院外籍院士。他于1972 年在Nature 上发表了二氧化钛单晶表面在紫外光照射下水的光分解现象，这一被称为“本多-藤岛效应”（Honda-Fujishima Effect）的开创性科研成果及其随后的一系列重要成果，使得藤岛昭教授 被公认为“ 光催化之父” 。报告形式：线上直播，30分钟报告+10分钟在线答疑报告时间：2021年7月20日9:40-10:20（北京时间）报告语言：英文PPT，英文报告，中文字幕报告题目：How to Get Clean Energy: Photocatalysis and Carbon Recycling如何获得清洁能源：光催化与碳循环报告摘要：Photocatalysis has been widely developed and put into practical use in the areas of antifouling and antifogging，research on artificial photosynthesis—the process of extracting hydrogen through photocatalysis—has also been garnering significant attention in recent years as a technology with the potential to contribute to a decarbonized society. Along with the shift to replace fossil fuels with renewable energies such as hydrogen ,another important measure to achieving a decarbonized society is carbon recycling, effectively using CO2 as a resource. In consideration of that viewpoint, I has proposed the following method: first, extract hydrogen through water electrolysis using the electricity produced from highly efficient solarcells. Next, combine the extracted hydrogen with the CO2 emitted from power plants and factories to produce methanol, which can be used as an energy source.报名参加：免费，点击报名扫码报名藤岛昭教授在央视《开讲啦》栏目演讲视频回顾：央视网：《开讲啦》 20191019 中国工程院外籍院士，日本著名光化学家藤岛昭教授：知之不如好之，好之不如乐之藤岛昭简介（主要摘自中国工程院）藤岛昭教授藤岛昭教授，1942年生于日本东京，致力于研究半导体电化学。2009年，藤岛昭教授当选欧洲科学院院士。不久前，他接受一项新的职位，担任东京理科大学校长。1971年获得日本东京大学应用化学专业博士学位。在东京大学，他发现水可以通过光电化学方式，经TiO2电极照射分解为氢气和氧气。他在神奈川大学任教四年，后到东京大学任教，并于1986年取得教授职称；其研究领域也扩展到更大的范围，包括光与无机材料及有机材料的相互关系。他于1990年开始研究基于二氧化钛的光催化自洁涂料。他认识到太阳光中少量的紫外线辐射可以被有效利用，通过充分氧化的以氧为基础的自由基作用，用于自洁与自消毒。藤岛昭教授对光诱导的亲水性的相关现象进行研究，在此种现象中，紫外光会导致TiO2表面具有超亲水性。藤岛昭教授依然对光催化基础研究和应用，以及光诱导亲水性保持浓厚兴趣，同时也热衷于开发新材料，包括带有光功能性质的纳米结构材料。藤岛昭教授已经发表了750多篇原始论文，440篇综述文章，拥有280项专利。主要奖项：朝日新闻朝日奖（1983）、井上春成奖（技术创新）（1998）、日本化学会奖（2000）、Heinz Gerischer奖（电化学学会欧洲分会，2003）、紫绶带勋章（2003）、日本奖（2004）、日本学院奖（2004） ）、国家发明嘉奖（2006年）、神奈川文化奖（2006）、文化功勋人物（2010年）、路易吉伽伐尼奖章（2011年）、汤森路透引文奖（2012年）、文化勋章（2017年）。2003年，藤岛昭教授成为中国工程院外籍院士。2003年，藤岛昭教授从东京大学退休，担任神奈川科学与技术研究院主席一职。2005年，成为东京大学特别大学荣誉教授。2006年至2008年期间，担任日本化学会会长。高被引代表作Surface Science Reports:TiO2 光催化作用及相关的表面现象（TiO2 photocatalysis and related surfacephenomena. Surface Science Reports, 2008, 63, 515-582）光催化领域的历史可以追溯到80多年以前，主要是对二氧化钛基涂料的粉化现象的早期观察以及对与有机化合物在阳光下接触的金属氧化物变黑的研究。在过去的20 年中，由于对空气和水的修复，自清洁表面和自灭菌表面的影响，它已成为一个研究非常深入的领域。在同一时期，研究人员也一直在努力地将光催化用于光辅助生产氢气。在研究最多的光催化剂二氧化钛上光催化的基本方面仍在积极研究中，并且最近已得到相当广泛的了解。但是，某些方面（例如光致润湿现象）仍存在争议，其中一些人认为该效应是一种简单的分解有机污染物的效应，而另一些人则认为存在其他效应，其中固有的表面性质被光修饰。在过去的几年中，一些有效的工具，例如在超高真空下对单晶执行的表面光谱技术和扫描探针技术，以及超快脉冲激光光谱技术都可以解决这些问题，并且新的见解也变得可能。除此之外，量子化学计算也提供了新的见解。最近已经基于二氧化钛开发了新材料，并且对可见光的敏感度得到了提高。作者在这篇综述中提供了一些亮点的概述，在回顾一些起源的同时，并指出一些可能的新方向。

What' s UCO？ UCO是通过紫外光解技术、吸附氧化技术和催化氧化技术的有效结合，针对中低浓度、非24小时生产的工况研发的一项VOCs处理技术。 How Dose UCO Work?UCO技术对VOCs的处理分为以下两个步骤：（1）VOCs催化降解VOCs过程 在工业生产产生VOCs污染的过程中，UCO中的紫外光解和催化氧化吸附部分，实现VOCs的有效拦截与去除；（2）光催化氧化再生过程 在非生产时间中，紫外线通过其光解作用，配合特有的催化剂，实现催化氧化吸附材料再生，将拦截下来的VOCs分解成CO2、H2O。 UCO催化氧化原理 紫外线氧化降解污染物通常是指污染物在紫外线的激发作用下，污染物的原子结构发生变化，在氧化剂的作用下，逐步被氧化成低分子中间产物，有机污染物最终生成CO2、H2O。 UCO催化氧化原理图 紫外线光子能量与不同分子键能量对比 由于短波长紫外线光子能量高于大多数污染物质分子内部化学键的键能，所以可以通过紫外线光子对分子化学键的作用直接使其断裂，从而达到分解的目的。此外，基于同样的原理，185nm的紫外线还可以将空气中的氧气和水蒸气转化成原子氧和活性羟基（HO? ），这两种产物同样可以与污染物质分子产生化学反应，起到分解降低废气污染物浓度的作用。如果选用合适的催化剂配方，上述光化学反应的速率可以得到大幅提升。其基本反应原理可以用下面的反应式描述：光化学氧化反应机理：VOC + hv →CO2 + H2O光催化氧化反应机理：O2 + e-→ O2（活性氧）O2-+2H2O+e- → H2O2+2OH-H2O2 + e-→ OH + OH-h+ + H2O → H+ + OHh+ + OH- →OH

文章名称：Experimental study platform for electrocatalysis of atomic-level controlled high-entropy alloy surfaces期刊和影响因子：Nature Communications IF=17.7DOI：https://doi.org/10.1038/s41467-023-40246-5研究背景： 高熵合金由于出色的热动力学和化学性能，使其在电催化领域受到了学术界的广泛关注。制备原子级可控合金对于提高表面催化性能和设计新型催化剂至关重要。尽管已有的研究对合金组分，元素构成和原子分布等问题对催化性能的影响做了相关的研究，然而对于Pt基合金在催化前和催化后合金表面原子结构变化的原子级透射电镜表征相关工作尚显不足。对于合金表面原子的排布和在空位处合金成分的表征尚属空白。 2023年7月，日本东北大学课题组利用Advance Riko公司的电弧等离子体沉积系统-APD制备了原子级可控的高熵合金，研究了电催化对合金表面原子的影响。得益于APD系统可多靶位同时进行精准等离子溅射的功能，课题组实现了同一种高熵合金不同晶向结构的制备，对多组分合金表面微观结构与其催化性能之间的详细关系进行了深入研究。同时，APD系统的真空传输配件避免了制备样品在传递过程中受到空气的影响。相关研究结果以《Experimental study platform for electrocatalysis of atomic-level controlled high-entropy alloy surfaces 》为题，在SCI期刊Nature Communications上发表。 文中使用的电弧等离子体沉积系统-APD可以在 1.5 nm 到 6 nm 范围内精确控制纳米颗粒的直径，具有活性好，产量高等优势。只要靶材是导电材料，系统就可以将其等离子体化。金属/半导体制备同时控制腔体气氛，可以产生氧化物和氮化物薄膜。高能量等离子体可以沉积碳和相关单质体如非晶碳，纳米钻石，碳纳米管等形成新的纳米颗粒催化剂。电弧等离子体沉积系统-APD图文导读： 图1. 利用Advance Riko公司的APD系统为电催化研究所准备的不同高熵合金示意图。为了实现制备不同高熵合金成分的需求，APD系统可以溅射合金靶材或者同时溅射多个靶材来实现。通过XPS的研究表明，通过APD系统所制备的高熵合金表面成分高度可控。图2. 通过上述方法制备的Pt/Cr-Mn-Fe-Co-Ni/Pt合金不同晶向的表征结果。(a, c, e)为样品横截面的通过STEM获得的HAADF表征结果。(b, d, f)为对应样品的EDS Mapping结果。图3. APD系统所制备的Pt/Cr-Mn-Fe-Co-Ni/Pt合金的循环伏安曲线(CV)和氧化还原反应(ORR)在电位循环中的变化。(a, c, e)为在0.05V-1.0V 的范围内CV曲线随可逆氢电极电位的变化关系。(b, d, f)为Pt/Cr-Mn-Fe-Co-Ni/Pt的ORR随着电位循环的变化，循环电压为0.6V-1V。图4. APD系统所制备的Pt/Cr-Mn-Fe-Co-Ni/Pt合金在电位循环后的退化情况。(a, d, g)分别为合金样品的(111)，(110)和(100)方向的低倍HAADF表征结果。(b, e, h)分别为(a, d, g)中所对应的黄色方框区域的高分辨HAADF图像。(c, f, i)分别为在电位循环前和经过5000次循环后所对应的(b, e, h)区域的EDS结果的对比图。文章结论： 日本东北大学课题组使用APD系统制备了原子级可控的Pt高熵合金，通过高分辨透射电镜表征，从原子级的尺度上研究了电催化对合金表面的影响。通过与Pt-Co二元表面相比，高熵合金表面的氧还原反应性能优于 Pt-Co 二元表面，证明了该平台的有用性。该研究填补了高熵合金用于电催化领域原子级机理上的空白，为该领域的研究提供了理论基础！

近日，中国科学院大连化学物理研究所研究员陈萍、郭建平团队与厦门大学副教授吴安安团队合作，在催化炔烃选择加氢反应研究中取得新进展。合作团队利用金属配位氢化物，发展出一类新型碱土金属钯基三元氢化物催化剂，并应用于炔烃选择性加氢反应中，实现高选择性催化炔烃加氢制烯烃。相关研究成果发表于《美国化学会志》。　　炔烃是一类重要的化工产物，炔烃选择性氢化制烯烃是石油化工以及精细化工中的重要过程。目前研究较多的催化剂主要是金属合金、负载型单原子催化剂等。合作团队提出一种不同的催化剂设计策略，利用碱（土）金属稳定金属氢化物制备出三元配位氢化物催化剂，用于炔烃选择加氢反应，通过催化剂中的阴离子和碱土金属阳离子协同作用调控炔烃、烯烃及反应中间体的吸附与加氢能垒，实现炔烃高选择性氢化制烯烃。　　郭建平表示，新型催化剂在活性中心组成、结构、反应动力学性质、催化作用机制等方面显著不同于常规多相炔烃选择加氢催化剂。该研究丰富了炔烃选择性加氢催化剂体系，并基于金属配位氢化物材料组成与结构的多样性，为寻找更加高效的炔烃选择性加氢催化剂提供了更多可能。　　相关论文信息：https://doi.org/10.1021/jacs.1c09489

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

你能想象有*化学也能玩成“乐高积木”吗？2022年10月5日，2022年诺贝尔化学奖授予了三位科学家：Carolyn R. Bertozzi、K. Barry Sharpless和Morten Meldal，奖励他们在发展“点击化学”和“生物正交化学”中的贡献。 问：什么是点击化学？“点击化学(Click chemistry)”是指一类能够高效生成“碳原子-杂原子链”的化学反应。点击化学有以下优势：1.区域特异性和立体特异性；2.对溶剂参数不敏感；3.反应得率高、副反应少，且原料充分反应4.实验条件简单；5.大的热力学驱动力。与点击化学的优势类似，流动化学也具有高效混合、简便*的温度控制、收率高、减少副产物等优势。 图1：发表在JOC杂志上的文章“可见光驱动光催化促进的N-异质螺环的多组分直接组装”今天为大家介绍在2022年9月，Steven V.Ley教授在JOC上一篇题为《可见光驱动光催化促进n杂螺环的多组分直接组装》的文章，演示了在温和条件下使用Vapourtec UV-150光化学反应器合成复杂的螺环化合物。1、螺环化合物20世纪六十年代起，生物学家和药物学家逐渐发现，从自然界分离得到的具有生物活性的化合物中拥有螺环结构的化合物占有很大的比例。随着研究的深入，螺环化合物的性质使他在药物研发中占据非常重要的地位。螺环化合物是指两个单环共用一个碳原子的多环化合物；共用的碳原子称为螺原子。杂环螺环结构在一定程度上改变药物分子的水溶性、亲脂性、优势构象等，使优化后的药物分子更容易成药。不同的螺环具有丰富的三维立体结构，从而提供了改善药效的可能性和药物*的创新性；既可以突破现有药物的*，又能设计全新结构或者骨架的小分子化合物。 图2：螺旋内酯固醇 图3：灰黄霉素已上市药物中，也有很多含有螺环结构的小分子药物，比如利尿剂螺旋内酯固醇(Spironolactone)（如图2所示）和抗真菌药物灰黄霉素(Griseofulvin)（如图3所示）。N-异螺旋环是在天然产物和药物中发现的有趣的结构单元，但其合成的可靠方法相对较少。传统合成方式 图4：获取螺旋环吡咯烷的策略 图5：从N-烯丙磺酰胺和烯烃中构建β-螺旋吡咯啶现有的方法通常需要几个步骤，并使用昂贵的催化剂，如钌或铑，以获得所需的产品。在过去，靠传统的办法合成目标分子，往往需要绕很多弯路。步骤越多，意味着产率越低，浪费越大。2、更高效的合成方式使用Vapourtec UV-150光反应器放大合成N-异象螺旋循环 图6：使用Vapourtec UV-150光化学反应器合成复杂的螺环化合物Steven V. Ley教授是世界*的有机化学家，剑桥化学系研究主任，皇家化学会RSC的前任会长，教授在有机合成方法学和全合成领域中的成就斐然。Ley教授在“可见光驱动光催化促进n杂螺环的多组分直接组装”一文中，演示了在温和条件下使用Vapourtec UV-150光化学反应器合成复杂的螺环化合物。在近年来发展的叠杂杂螺环的大多数制备方法中都需要多步步骤。然而，光催化的最新应用可以使合成步骤大大减少。作者利用光催化生成N-中心自由基，可构建多种β-螺环吡咯烷，包括药物衍生物。利用流动化学技术，还证明了产品的进一步衍生化具有可行的放大程序。光催化能够在温和的条件下通过高度反应的中间体以模块化的方式构建复杂的分子结构。在开发的螺环吡咯烷的制备方法中，大多数都能够制备α-螺环吡咯烷，克服了制备α-三级胺的一些困难。简化合成路线的解决方案之一是采用无试剂化学方法。从光化学上讲，以氮为中心的自由基的产生相对简单，并被证明可以激活N-H和N-X键。通过在合成螺旋环化合物时使用这种方法，可以避免四元碳中心引起的立体问题，从而改善整体过程。使用VapourtecE系列进行流动反应和放大实验，该系列由三个蠕动泵和一个光反应器组成，BPR输出为8bar。使用的光源是Vapourtec 61W（辐射功率）365 nm（峰值强度）LED灯光，辐射带范围为350&minus 400nm。利用在线监测，大大的缩短了研究时间，提高研究效率。作者使用配有365nm高功率LED灯的E-photochem演示了一系列螺环吡啶的合成。在合成双叠氮杂螺环的过程中，该方法使用光化学反应器UV-150进行了放大，产量达到了100克/天。3、实验总结1、相比传统的的反应，该反应具有操作简便、条件温和、反应时间短等优势；2、利用在线监测，大大的缩短了研究时间，提高研究效率；3、在温和的条件下通过高度反应的中间体以模块化的方式构建复杂的分子结构；4、利用流动化学技术，还证明了产品的进一步衍生化具有可行的放大程序。4、关于Vapourtec Vapourtec是一家专业设计和制造流动化学设备的公司。Vapourtec公司的连续流动化学系统质量可靠、性能成熟、高效能模块系统可随您的流动化学生产能力的扩大而拓展。反应器可进行组合，实现多步合成。无需使用任何工具数秒内即可完成反应器更换。UV-150反应器UV-150反应器消除了传统批次光化学的问题，可以充分发挥光化学的潜力。在连续流动操作下，它提供了安全、精确、高效、一致和可扩展的光化学。 图7:vapourtec UV-150光化学反应器● UV-150光化学反应器与Vapourtec R系列和E系列流化学系统兼容，操作简便；● Vapourtec提供3种不同的光源，提供220纳米至650纳米之间的精确波长；● 可以在-20°C到80°C之间设置反应温度。参考文献[1] Multicomponent Direct Assembly of N-Heterospirocycles Facilitated by Visible-Light-Driven PhotocatalysisOliver M. Griffiths and Steven V. LeyThe Journal of Organic Chemistry 2022 87 (19), 13204-13223 DOI:10.1021/acs.joc.2c01684[2] Total Synthesis of Phytotoxic Radulanin A Facilitated by the Photochemical Ring Expansion of a 2,2-Dimethylchromene in FlowBruce Lockett-Walters, Simon Thuillier, Emmanuel Baudouin, and Bastien NayOrganic Letters 2022 24 (22), 4029-4033 DOI: 10.1021/acs.orglett.2c01462

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

石油化工废催化剂中往往含有一些有毒成分，主要是重金属和挥发性有机物，具有很大的环境风险。此外，废催化剂中有较高含量的贵金属或其他有价金属，可作为二次资源回收利用。因此，对于石油化工废催化剂的检测尤为重要。以石油化工废催化剂钴的测定为例，根据HG 5588-2019，用原子吸收分光光度法，其测定原理为：用原子吸收分光光度计，使用空气-乙炔火焰，于波长240.7nm处测定试料溶液中的氧化钴，用工作曲线法定量。主要步骤为：1、标准曲线的绘制。取5只50mL容量瓶，采用10ml规格的opus电子瓶口分配器，stepper模式设置4个体积分别为1、2、3、4mL，然后按分液键，将储备液（500μg/mL）分别加入4个容量瓶中（剩一个不加），然后定容，对应标准溶液中氧化钴的浓度分别为0、1、2、3、4μg/mL。按仪器工作条件，用空气-乙炔火焰，以不加氧化钴标准溶液的空白溶液调零，于波长240.7nm处测定溶液的吸光度。以氧化钴的浓度（单位为微克每毫升）为横坐标，氧化钴的吸光度值为纵坐标，绘制工作曲线或计算出线性回归方程。2、测定。量取一定量的试料溶液(5-10mL)，置于50mL容量瓶中，再用瓶口分配器加入1mL盐酸溶液，用水稀释至刻度，摇匀。从工作曲线上查得或通过线性回归方程计算出被测溶液中氧化钴的浓度。 3、数据处理。计算氧化钴(Co0)质量分数：取平行测定结果的算术平均值为测定结果，平行测定结果的绝对差值应不大于0.20％。赫施曼的瓶口分配器是采用阶梯式量程原理，操作简单舒适、无人为误差。可代替量筒、刻度移液管，可便捷、安全地进行0.2-60ml的液体移取，带安全阀的ceramus型可应对盐酸、硝酸等易挥发、腐蚀性较强的特殊试剂。 赫施曼的10ml的opus电子瓶口分配器分辨率可达微升，不仅可用于常规的等体积分液，一次装液还可完成10个不同体积的连续分液，可用于毫升级的母液添加；大体积的型号可代替烧杯、玻璃棒，用于稀释液的快速、准确地添加，非常适合做标准曲线和毫升级大批量灌装。

据科技日报（记者张梦然）报道，液态金属可能是人们期待已久的“绿色化工”的解决方案。科学家们测试的一项新技术，有望取代自20世纪初成为主流的能源密集型化学工程工艺。9日发表在《自然纳米技术》上的一项创新研究，摆脱了由固体材料制成的旧式能源密集型催化剂。催化剂是一种在不参与反应的情况下使化学反应更快、更容易发生的物质。固体催化剂，通常是固体金属或固体金属化合物，通常用于化学工业中制造塑料、化肥、燃料和原料。然而，使用固体工艺的化学生产是能源密集型的，需要高达1000℃的高温。 新工艺改为使用液态金属，在这种情况下溶解锡和镍，这赋予它们独特的流动性，使它们能够迁移到液态金属的表面并与输入分子，例如菜籽油发生反应，这导致菜籽油分子旋转、破碎和重新组装成更小的有机链，包括对许多行业至关重要的高能燃料丙烯。液态金属中的原子比固体中的原子排列更加随机，并且具有更大的运动自由度。这使得它们很容易接触并参与化学反应。在新研究中，研究人员将高熔点镍和锡溶解在熔点仅为30℃的镓基液态金属中。通过将镍溶解在液态镓中，研究人员在非常低的温度下获得了液态镍，并将之充当“超级催化剂”。相比之下，固体镍的熔点为1455℃。液态镓中的锡金属也会受到相同的影响，但程度较轻。金属以原子水平分散在液态金属溶剂中，单原子具有最高的催化表面积，这就为化学工业提供了显著的优势。这一方法还可用于其他化学反应。研究人员表示，其为化学工业降低能耗和绿色化学反应提供了可能性。 在化学反应中，催化剂往往扮演着“四两拨千斤”的角色。对化学工业而言，它更是对生产流程是否绿色、节能、高效起着举足轻重的作用。因此，催化剂是科学研究的重要领域，相关科研成果层出不穷。上述研究便是其中一个典型案例。

催化燃烧技术传感器应用广泛并且价格便宜，但易被污染中毒、缺乏安全自检、要求定期维护、标定以及使用寿命短。红外气体传感器这些年发展迅速，克服了以上催化燃烧的缺点，符合IEC61508安全标准，在检测碳氢化合物气体时可提供快速可信的检测结果。本文将就两种传感器的不同优缺点作出比较，以供大家了解。催化燃烧 催化燃烧最早起源于十九世纪六十年代采矿业，早期简单的铂丝线圈传感器由于能耗大、零点漂移严重不适于连续操作。 当前催化燃烧检测器连接两个铂丝线圈，每个都包裹着氧化铝粘土。检测单元包裹着催化剂，可燃气通过时可促进氧化发热。 催化燃烧优点 1、 检测器价格低廉、供应广泛； 2、 可使用各种可燃气，如果方法正确，可用于特殊物质检测； 3、 装置简单，除了标准气，没有其他特殊的维护装备； 催化燃烧缺点 1、 易中毒，如果暴露在有机硅、铅、硫和氯化物组分中，将失去对可燃气的作用； 2、 易产生烧结物，阻止可燃气与传感器接触； 3、 没有自动安全防护装置； 4、 在某些环境下灵敏度会下降（特别是硫化氢和卤素）； 5、 需要至少12%的氧气浓度，在氧气浓度不足情况下工作效率明显下降； 6、 如暴露在可燃气体浓度过高的环境下，会被烧坏； 7、 使用时间越长，灵敏度越低； 8、 寿命有限，最长3-5年； 9、 需定期进行气体测试和标定；红外技术 包含一个原子以上的气体能吸收红外光，这样碳氢化合物和一些气体比如二氧化碳、一氧化碳能通过红外技术进行检测。二氧化碳气体分析示意图 为了区分红外吸收，气体和其他物质比水，需要额外增加一个波长宽带为2.7-3um的传感器。碳氢化合物在此范围没有吸收峰。这可以阻止错误报警发生和减小干扰物质的信号。双光束设计就是被用来防止光学组分污染造成错误报警。 红外技术优点 1、 较快的反应速率：响应时间一般小于7秒； 2、 自动故障操作：电源错误、信号错误、软件错误都能反馈给控制系统； 3、 对污染性气体的信号抗干扰能力强； 4、 寿命长，一般大于10年； 5、 维护成本低； 6、 无需氧气； 7、 高浓度可燃气体条件下，不会烧坏； 8、不会烧结，相应的问题也不会发生； 红外技术缺点 购买价格高于催化燃烧检测器 催化燃烧需要定期测试（通过标气）。有些海洋石油平台通常每六周需测试一次，每3-5年需要更换一次，这样需要耗费大量的成本。 不会烧结的红外气体检测仪器可自我检测，比检测如灯、传感器、窗口、软件等这些不可恢复的问题，从而大大降低出现问题的可能性。较少的零点、量程漂移及高灵敏度意味着红外气体检测仪器的校准和常规维护少，一般为6-12个月。 同时，红外传感器的价格近年已经显著下降，虽然价格还是高于催化燃烧检测器，但实践经验表明，红外传感器的成本可通过减少维护成本来降低。故红外气体传感技术取代催化燃烧技术大势所趋。 四方仪器自控系统有限公司，以自主知识产权的红外传感器核心技术为依托，成功研制红外烟气、沼气、煤气、尾气、天然气等节能减排仪器仪表，并已广泛应用于电力、钢铁、有色金属、煤化工、石油化工、垃圾焚烧、厌氧发酵、机动车及发动机检测、石油天然气勘探、煤层气综合利用、空分、节能环保部门、科研院校及民用等领域。 红外传感器可检测特征吸收峰位置的吸收情况，以确定某种气体的浓度。这种传感器过去都是大型的分析仪器，但近些年，随着以MEMS技术为基础的传感器工业的发展，这种传感器的体积已经由10升，45公斤的巨无霸，减小到2毫升（拇指大小）左右。 微型红外传感器 使用无需调制光源的红外传感器使得仪器完全没有机械运动部件，实现免维护，有效降低维护成本，从而降低工业过程气体的监测成本。（欢迎转载，转载请注明来源：工业过程气体监测技术）

新材料作为高新技术的基础和先导，应用范围非常广泛，是21世纪最重要和最具有发展潜力的领域。而新材料的研制与催化剂的使用是分不开的。大连化物所凝聚科学技术研究团队十几年的智慧和心血，研究的催化材料紫外拉曼光谱技术，破解了催化材料的若干关键技术难题，为突破国家建设急需、引领未来发展的关键材料和技术提供了重要技术支持。该成果也因此获得了2011年度国家自然科学二等奖。 　　催化材料紫外拉曼光谱技术研究的带头人李灿院士告诉记者，作为化学反应中不可替代的催化剂，贵金属在诸多领域发挥着重要的作用。但是稀缺资源的价格都很昂贵，这无疑是横亘在催化剂制造的一道难题。而紫外拉曼光谱技术正是破解这一难题的金钥匙。紫外拉曼光谱是一种无损伤、高灵敏度的测量技术，在物理、化学、生物学、矿物学、材料学、考古学和工业产品质量控制等领域中有着广泛的应用，是研究分子结构和组态、物质成分鉴定、结构分析的有力工具。 　　紫外拉曼光谱技术破解了世界催化材料发展瓶颈，解决了催化材料关键科学难题，实现了四大突破。一是利用紫外共振拉曼光谱技术解决了一系列重要分子筛材料中有关骨架金属活性中心的结构鉴定难题。建立了微孔和介孔分子筛骨架过渡金属杂原子活性中心鉴定的表征新方法，不仅可以大幅节约贵金属用量，而且单原子相对均一的催化环境有望实现化学反应的高选择性，减少副产物的出现，从而实现真正的绿色催化。 　　二是紫外拉曼光谱研究了金属氧化物催化材料表面物相结构问题，发现金属氧化物的表面与体相常常具有不同相结构，物相形成过程中表面和体相的相变表现不同步。在太阳能光催化材料研究中，发现表面物相结构和光催化活性有直接关联，提出了“表面异相结和异质结增强光催化活性”的概念。 　　三是发展了水热催化材料合成中的原位紫外拉曼光谱技术，观察到分子筛合成初期的分子碎片以及模板剂与分子碎片的相互作用形成的微孔结构，提出了分子筛初期形成的重要中间体决定最终分子筛结构的机理。他们的研究发展了表征催化材料的新方法，发现了催化材料合成的重要转化过程和活性中心中间物种，提出了催化材料合成的机理。 　　四是获得了具有与均相不对称催化相媲美的多相手性催化剂。该催化剂是一大类化合物——手性化合物的一种，而手性药物则是手性化合物中非常重要的一个分支。手性药物是指具有左旋或右旋对映体化学结构的单一对映体化合物，包括光学纯药品、光学纯农业化学品及其他光学纯产品与中间体。利用“手性”技术，人们可以有效地将药物中不起作用或有毒副作用的成分剔除，生产出具有单一定向结构的纯手性药物，从而让药物成分更纯，在治疗疾病时疗效更快、疗程更短。手性药物的研究目前已成为国际新药研究的新方向之一。在国际制药界，手性技术已被广泛应用到消化系统疾病、心血管疾病、癌症等领域新药研发中。 　　李灿院士告诉记者，1998年他们成功研制出我国第一台具有自主知识产权的紫外拉曼光谱仪，解决了国际拉曼光谱领域长期存在的荧光干扰问题，在国际上最早将其应用于催化及材料科学的研究。到2004年研究组研制成功紫外—可见全波段共振拉曼光谱议，使我国在拉曼光谱的催化表征研究走在世界前面。2008年，研究组与卓立汉光仪器公司合作，开始将紫外拉曼光谱仪产业化。2010年完成国家重大装备研制项目“深紫外拉曼光谱仪的研制”，获得世界上第一张激发波长低至177纳米的深紫外拉曼光谱。 　　李灿院士骄傲地告诉记者，在过去的10年间，紫外拉曼光谱已经在化学、物理和生命科学等诸多领域显示出巨大的优越性，成为一项重要的分子光谱技术。我国紫外拉曼光谱研究在国际上的领先地位，极大地促进了中国在这个领域的国际合作研究，大化所与国内外十余个研究机构实现技术合作。今后，紫外拉曼光谱仪技术在多家研究机构的推广应用，一定会有力推动我国新能源、节能环保、电动汽车、新材料等七大战略性新兴产业健康快速发展，一定会让更多的新材料、精细化工产业受益。

过渡金属(氧)氢氧化物是一种很有前途的析氧反应电催化剂。通过离子插入氧化还原反应，这些材料的性质随外加电压动态非均匀地变化，将开路条件下不活跃的材料转化为反应过程中的活性电催化剂。因此，催化状态始终就是非平衡态，这就使得直接观察催化剂的形貌变得异常复杂。析氧反应被认为是电解水制氢工艺的效率瓶颈，因为它需要相当大的应用过电位。因而提高OER的效率对于实现基于氢气生成和存储的闭环清洁能源基础设施至关重要。这将需要开发改进的过渡金属基电催化剂，直接确定材料性能的变化如何影响操作中的反应性。有鉴于此，斯坦福大学的J. Tyler Mefford和William C. Chueh教授等利用一套相关的扫描探针和X射线显微镜技术，建立了β-Co(OH)2单晶片状材料的化学物理性质、纳米级电子结构与析氧活性之间的联系。在预催化电压下，钴的氧化态为+2.5，氢氧根插层形成类似α-CoO2H1.50.5 H2O结构。在增加电压驱动氧进化，层间水和质子脱插形成收缩的β-CoOOH粒子，包含Co3+物种。虽然这些转变表现出非均匀的粒子的大部分，电化学电流主要限制在他们的边缘面位。观察到的Tafel行为与这些反应边缘位置的Co3+的局部浓度相关，表明了大块离子插入和表面催化活性之间的联系。原位电镜表征OER催化剂图1.β-Co(OH)2的质量负荷和扫描速率依赖的电化学研究作者发展了一套扫描探针和X射线显微镜联合技术，深入研究了β-Co(OH)2单晶片状材料与析氧活性之间的构效关系，单晶片的基面{0001}面约为1~2 μm宽，边缘{1010}面约为50~75 nm厚，图b~c展现了其形貌特征，这些粒子表现出两个典型的部分氧化还原特征—阳极电压的增加（E1=1.20 V，E2=1.55 V），分别对应于Co(OH)2 到CoOOH和CoOOH到CoO2的动态转化。在催化初始电压下，粒子膨胀形成α-CoO2H1.50.5 H2O状结构(通过氢氧根插层产生)，其中钴的氧化态为+2.5。在增加电压驱动氧的析出时，层间水和质子脱插，形成含有Co3+的收缩状β-CoOOH粒子。尽管这些转变在大部分粒子中均表现出不均匀性，但电化学电流主要受限于其边缘面。观察到的Tafel行为与这些反应性边缘位点处Co3+的局部浓度相关，这说明了大量离子插入与表面催化活性之间的联系。图2.扫描电化学电池显微镜表征β-Co(OH)2颗粒体氧化还原转化和OER活性研究者使用扫描电化学电池显微镜（SECCM）直接绘制了OER电流图，其空间分辨率由纳米移液器吸头的直径确定（dtip = 440 nm）。扫描模式下，在1.87 V下进行计时电流分析，同时对移液器进行线性连续扫描（横向平移速率= 30 nm s-1）。通过保持弯液面和表面之间的恒定接触，可以同时进行形貌（高度）和电化学活性（电流）测量。结果表明，颗粒边缘面主导着整个系统的电化学反应性。仅当移液器在粒子的边缘面时才观察到电流，而当移液器位于基面内时未观察到电流。跳跃模式下观察到的结果与扫描模式类似。在该催化体系中，不同面的催化活性可以通过离子(去)插层反应特性来合理化解释。可移动的电荷补偿离子被限制在CoO2层间的夹层通道中。在层状β-Co(OH)2的逐步氧化过程中，离子(去)插层反应在边缘平面处（与电解质接触的区域）变得容易。相反，在CoO2层中不存在扩展缺陷的情况下，离子在方向上的移动受到限制，这阻止了基面充当大量氧化还原转化反应的反应位点。这也解释了内部Co原子缺乏活性的原因。图3 原位电化学原子力显微镜表征β-Co(OH)2粒子使用电化学原子力显微镜（EC-AFM）在0.1 M KOH中在约10 nm的空间分辨率下测量了颗粒形态随电压的变化。并利用原位扫描透射X射线显微镜(STXM)在约50 nm分辨率下表征了β-Co(OH)2粒子Co的氧化态。研究表明，在催化初始电压下，粒子膨胀形成α-CoO2H1.50.5H2O状结构(通过氢氧根插层产生)，其中钴的氧化态为+2.5。在增加电压驱动氧的析出时，层间水和质子脱插，形成含有Co3+的收缩状β-CoOOH粒子。尽管这些转变在大部分粒子中均表现出不均匀性，但电化学电流主要受限于其边缘面。图4 原位扫描透射X射线显微镜表征β-Co(OH)2粒子原位扫描透射X射线显微镜实验结果表明，XAS反应的可逆电压, n1 = 0.54 ± 0.04 e−at E 1′ = 1.14 ± 0.03 V and n2 = 0.46 ± 0.04 e− at E′2= 1.58 ± 0.03 V。推导出的可逆电压与STXM电池中的氧化还原峰(图4d)、RDE实验(图1d)、EC-AFM和EQCM结果6(图3c)非常一致；此外，各反应过程中转移的电子数与我们的EQCM结果相吻合。研究发现了Tafel行为与这些反应性边缘位点处Co3+的局部浓度密切相关。综合上述表征结果，可以证实，Co3+（β-CoOOH）是OER的真正活性位点（或限速步骤的反应物状态）。研究意义1、原位电镜揭示催化剂构效关系：使用相关原位电镜来揭示了能量转换材料的局部物理化学特性和电子结构如何控制其电化学响应。2、揭示边缘位Co3+活性位点浓度的重要性：在CoOxHy系统中，氢氧根离子(去)插层反应通过控制OER过电位和反应边面上电压依赖的Co3+活性位点浓度之间的关系来影响表面催化活性。3、启示如何提高层状氧化物OER活性：调整离子插入的热力学的策略以及通过表面吸附能的方法。电化学原位实验电化学控制在EC-AFM, EQCM和操作STXM期间使用SP-300恒电位器(BioLogic)进行。旋转圆盘电化学(RDE)和紫外-可见光谱电化学使用VSP-300恒电位仪(Biologic)。使用如下所述的自制仪器进行SECCM电化学操作。所有电压都参考了可逆氢电极(RHE)，其中每个实验的参考电极的RHE电位在测试前在0.1 M KOH中与大块RHE电极(Hydroflex氢参考电极，eDAQ)进行了标准化。底物电极的制备是通过滴注3 ml的β-Co(OH)2油墨，其中含有2mg的β-Co(OH)2粒子在2ml四氢呋喃中，在新清洁的GC板上(HTWGermany)。让油墨在GC表面干燥后，用干净的PDMS块轻轻压印dropcast区域，以去除聚集的颗粒。然后，在制备的衬底上覆盖一层薄薄的十二烷。使用FE-SEM(GeminiSEM, ZEISS)进行表征。探针(针尖)具有~400 nm的扫描模和~440 nm的跳模，同时确保足够的空间分辨率，在如上所述制备微管后，两通道均充满0.1 M KOH，并配备准参比对电极(QRCE 例如，镀有AgCl的银线)。用于询问S5衬底工作电极的半月板(液滴)细胞在充满的微管探针的末端自然形成。将制备的微移液管和基板分别安装在z-压电定位器上，用于三维空间的纳米级移位。在整个扫描过程中，离子被持续监测(使用自制的电流放大器)，并作为反馈信号来精确地将半月板(液滴)电池定位到衬底电极上。参考文献：J. Tyler Mefford et al. Correlative operando microscopy ofoxygenevolution electrocatalysts. Nature, 2021, 593, 67-73DOI: 10.1038/s41586-021-03454-xhttps://doi.org/10.1038/s41586-021-03454-x

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。

中国科学技术大学教授高敏锐课题组合成一系列暴露不同铜（100）和铜（111）晶面比例的铜催化剂，发现铜（100）/铜（111）的界面位点相比于单一的晶面展现了显著增强催化碳—碳电化学耦联的性能，对于利用二氧化碳制备多碳燃料具有重要意义。相关成果日前发表于《美国化学会志》。　　电催化二氧化碳还原制备高附加值化学品，是二氧化碳资源化利用的有效手段。近年来，科学界通过电催化二氧化碳制备能量密度高、应用前景广阔的多碳燃料取得很大进展，但其选择性和转化效率仍不尽人意。这主要由于二氧化碳转化为多碳燃料需经历动力学缓慢的碳—碳耦联过程。因此，设计并创制能高效促进碳—碳电化学耦联的催化剂至关重要。　　研究人员利用电化学测试表明，与其他铜催化剂相比，这种新型铜催化剂在电流密度为每平方厘米100毫安至400毫安时，均有利于催化二氧化碳到多碳产物的转化。多碳产物的选择性与铜（100）/铜（111）界面的长度呈现线性相关，证明该界面为催化碳—碳耦联的活性位点。原位拉曼和红外实验证明，在铜（100）/铜（111）界面处，能更好吸附中间体，展现更强的碳—碳耦联能力。理论计算进一步表明，铜（100）/铜（111）界面处电子结构被优化，促进了碳—碳耦联动力学。　　该项研究发现了铜原子排列变化形成的特定界面结构能更高效地催化碳—碳耦联，降低多碳产物形成过程中的关键步骤能垒，这一成果对于二氧化碳制备多碳燃料的电化学升级利用具有重要意义。　　相关论文信息：https://doi.org/10.1021/jacs.1c09508

新材料不含贵金属 成本不再高企 　　近日，中科院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室博士邓德会、研究员潘秀莲、院士包信和等与洁净能源国家实验室燃料电池研究部合作，首次完成用铁替代燃料电池催化剂中贵金属的实验。相关研究成果日前在线发表于《德国应用化学》。 　　据了解，利用氢气发电是未来先进可持续能源体系发展的重要目标。为了实现这一目标，作为重要能量转换装置的质子交换膜燃料电池将会发挥不可替代的作用。然而，该类燃料电池需要大量的贵金属，如铂、钯、钌等作为催化剂，进而影响了其大规模应用。因此，大幅降低燃料电池电极材料中的贵金属含量，并最终采用地球上丰富的“廉”金属元素完全替代贵金属已成为该领域的重大机遇和挑战。 　　为此，该研究团队创造性地将铁基金属纳米粒子限域到具有豆荚状结构的碳纳米管的管腔中，采用该研究组新近研制成功的深紫外光发射电子显微镜，并借助上海光源先进的X射线吸收谱，结合理论计算，首次观察到金属铁的活性d电子通过与组成碳管壁的碳原子相互作用而“穿过”碳管管壁，使富集在碳管外表面的电子直接催化分子氧的还原反应。 　　该实验和理论研究进一步证实，在这一体系中，包裹纳米金属铁的碳壁阻断了反应气体与铁纳米粒子的直接接触，从原理上避免了反应过程中活性金属铁纳米粒子的深度氧化以及反应气氛中其他有害组分对催化剂的毒害，从而在根本上解决了纳米金属铁作为燃料电池阴极催化剂的稳定性难题。 　　业内专家认为，该项研究不仅为燃料电池催化剂的贵金属替代研究提供了行之有效的途径，而且，由此发展出来的概念为在苛刻条件下运行的催化剂的设计和制备开辟了新方向。 　　以上研究得到了国家自然科学基金委和科技部等相关项目的资助。

p 　　催化在化工、能源、环境、材料、生物、制药、分析等领域被广泛应用。催化研究涵盖的领域更是包括了能源催化、催化材料、催化机理、环境催化、工业催化、电化学催化、化学合成催化、光催化、单原子催化等领域。90%以上的化学化工工程都是催化反应过程，因此，催化剂的表征与评价研究与应用具有重大的意义。 /p p 　　基于此，仪器信息网(www.instrument.com.cn) 联合面向工业催化领域创新成果产业化的公共服务平台(2020年工信部批建)，将于2020年5月12日组织召开 a href=" https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/catalyst/" target=" _self" 首届“催化剂表征与评价”主题网络研讨会 /a ，邀请业内著名催化研究学者、检测分析专家以及业界企业代表，针对催化研究应用及检测分析的前沿热点和关键技术进行探讨，为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，促进我国催化领域的研究发展。 /p p 　　 strong 会议日程（以报名页面为准）： /strong /p p style=" text-align: center " img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 600px height: 389px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202004/uepic/2d2b81b9-37c4-4310-b824-24a0dde5bb40.jpg" title=" 会议日程.png" alt=" 会议日程.png" width=" 600" height=" 389" border=" 0" vspace=" 0" / /p p 　　 strong 报告嘉宾简介： /strong /p p style=" text-align: center " img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 200px height: 280px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202004/uepic/f0ffda9a-a79b-46b2-b962-61852b503735.jpg" title=" 李瑛.jpg" alt=" 李瑛.jpg" width=" 200" height=" 280" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-align: center " 浙江工业大学工业催化研究所 李瑛 /p p 　　李瑛，浙江工业大学教授，主要研究方向：新型多孔碳材料及其复合材料的调控合成及催化应用 纳米金属催化剂的调控合成及工业应用。2005年获中国科学院大连化学物理研究所物理化学博士学位。师从国际催化委员会主席李灿院士。2005.08-2007.08荷兰 Eindhoven University of Technology做博士后及访问学者。合作导师：荷兰皇家科学院院士Prof. Rutgers Van Santen。2007.10-至今，浙江工业大学参加工作，目前担任浙江省石油协会理事，浙江省科协九届委员。中国化学工程学报(英文版)编委，近年来在国际知名期刊共发表SCI论文100余篇，已获得授权专利10余项，其中多项技术已经实现产业化推广。承担浙江工业大学研究生核心课程《现代催化剂表征技术》、《催化学科前沿讲座》、本科生《物理化学》上下册等教学。 /p p style=" text-align: center " img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202004/uepic/8eb4aed1-d4cb-4371-87f4-5a95d4f8985f.jpg" title=" 陈婧琼.png" alt=" 陈婧琼.png" / /p p style=" text-align: center " 安东帕(上海)商贸有限公司 陈婧琼 /p p 　　陈婧琼，安东帕(上海)商贸有限公司产品应用专家，毕业于天津科技大学。具有长达8年的粉体材料表征经验。 /p p 　　2012~2014从事甲醇制烯烃MTO催化剂的制备和表征，包括催化剂原料SAPO-34的合成，催化剂喷雾干燥制备、粒度测试、zeta电位测试，催化剂微反评价，酸性测试，比表面积和孔径分析等 2014~2015于兰州化学物理研究所羰基合成与氧化国家重点实验室从事光催化产氢研究，以共沉淀法制备了掺杂石墨烯的光催化剂，具有良好的产氢效应 2015至今，任职于安东帕，从事粉体表征产品气体吸附仪等的技术支持。每年于清华大学、复旦大学、石油大学、大连理工等高校进行气体吸附的技术交流和客户培训。 /p p 　　从业多年来，以丰富的职业经验和深入浅出、活泼的手法编写和翻译气体吸附相关行业技术文件50多篇，深受行业客户的好评。 /p p style=" text-align: center " img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 300px height: 359px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202004/uepic/b3624259-0e1f-46c8-96f6-617867a5f51a.jpg" title=" 刘伟.png" alt=" 刘伟.png" width=" 300" height=" 359" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-align: center " 　　中国科学院大连化学物理研究所 刘伟 /p p 　　刘伟，中国科学院大连化学物理研究所电子显微中心副研究员，环境透射电镜负责人，中科院青年创新促进会会员，大连市紧缺技术人才，2013年度北京航空航天大学优秀博士论文。2003.07~2012.06 北京航空航天大学应用物理学士，凝聚态物理博士 2012.06~2013.10，四川大学物理系 讲师 2013.11~2017.03，电子科技大学物理系副教授 2011.07~12、2015.08~2016.08，美国密西根大学电子显微分析中心访问学者。 /p p 　　迄今，研制了国内首套专用于环境透射电镜的mbar级负压定量混气自动控制系统 研制“透射电镜可控气氛转移样品台” 解决敏感材料向电镜转移中的氧化相变问题 基于深度学习技术和数字滤波图像识别，实现单原子催化剂的原子精度识别与万级样本空间的分散度统计 /p p 　　先后主持国家自然科学基金(1项)、近3年围绕催化剂显微结构分析与支撑发表Nature Catalysis(1篇)，JACS 2篇、Nano Lett. 2篇、Nature Commn. 2篇、Adv. Mater. 1篇、Adv. Sci. 1篇、Chem. Mater.1篇、ACS Catal. 1篇、Appl. Catal. B 1篇。 /p p style=" text-align: center " img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202004/uepic/c2152725-0f04-4b8e-ad99-d0c80dbd4ec5.jpg" title=" 彭路明.jpg" alt=" 彭路明.jpg" / /p p style=" text-align: center " 　　南京大学 彭路明 /p p 　　彭路明，博士，教授，博士生导师。1997-2001，南京大学化学化工学院化学系，学士(2001) 2001-2006，美国纽约州立大学石溪分校化学系，博士(2006) 2006-2008，美国斯坦福大学地质和环境科学系，博士后；2008- 至今，南京大学化学化工学院，副教授(2008-2013)，研究员(2013-2017)，教授(2017-至今)。 /p p 　　在Nature Materials，Science Advances，Nature Communications，Journal of the American Chemical Society等杂志发表学术论文100多篇。入选2010年度新世纪优秀人才支持计划。2012年获得国家自然科学基金委优秀青年科学基金项目资助，同年获中国化学会催化专业委员会中国催化新秀奖。2016年起任中国物理学会波谱专业委员会委员和《波谱学杂志》编委，同年获英国皇家学会牛顿高级学者项目资助(Newton Advanced Fellowship)。 /p p style=" text-align: center " img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 200px height: 300px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202004/uepic/c9d9165c-5824-45a4-84f4-ef47d8320e90.jpg" title=" 杨贵东.jpg" alt=" 杨贵东.jpg" width=" 200" height=" 300" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-align: center " 西安交通大学 杨贵东 /p p style=" text-align: left " 　　杨贵东，西安交通大学化工学院教授，博士生导师。主要从事光催化反应过程强化及吸附新材料开发的研究工作。在Angewandte Chemie International Edition、ACS Catalysis、Applied Catalysis B: Environmental、Nano Energy等高质量学术期刊发表论文52篇，其中IF& gt 10的论文17篇，累计被 SCI引用3000余次，个人 H 因子27。开发了一系列具有高介孔含量、强疏水、高机械强度的三维分级通孔碳质吸附材料，实现了其工业化生产与应用。入选了教育部“青年长江学者”、“王宽诚青年学者”、“陕西省青年科技新星”，兼任中国化工学会化工过程强化专业委员会青年委员会委员和中国石油和化学工业联合会工业催化联盟青年工作委员会委员等学术职务。担任国际期刊《Frontiers in Environmental Chemistry》副主编、《Chinese Journal of Catalysis》客座编辑、《Chinese Chemical Letter》青年编委和《工业催化》期刊编委。 /p p style=" text-align: center " img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 200px height: 293px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202004/uepic/330e9a1d-1016-4fa5-af51-cd6ed2420c2b.jpg" title=" 刘家旭.jpg" alt=" 刘家旭.jpg" width=" 200" height=" 293" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-align: center " 大连理工大学 刘家旭 /p p 　　刘家旭，大连理工大学副教授，主要从事分子筛催化在能源、环境及精细化学品清洁制备等领域的应用基础研究和原位分子光谱表征技术开发。作为项目负责人主持国家自然科学基金、中国石油科技创新基金和大连市高层次人才创新创业计划等12项科研项目。研制出具有自主知识产权的双光束原位红外光谱技术，并将其成功应用于多相催化反应的原位表征，已在Catalysis Science & amp Technology, Chemical Engineering Journal, ACS Applied Materials & amp Interfaces等期刊发表30余篇学术论文，申请10余项国内专利，1项国际专利。作为项目负责人开发的精细化学品清洁制备催化剂，低碳烃芳构化催化剂已实现工业应用。 /p p 　　 strong 参与方式： /strong /p p 　　免费报名链接: a href=" https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/catalyst/" target=" _self" & nbsp /a /p p a href=" https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/catalyst/" target=" _self" 　　https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/catalyst/ /a /p p 　　或扫描下方二维码报名: /p p style=" text-align: center " a href=" https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/catalyst/" target=" _self" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202004/uepic/7f447697-bd90-47df-8213-b3370e6155a6.jpg" title=" 报名二维码.png" alt=" 报名二维码.png" / /a /p p 　　扫下方二维码进入催化剂表征与评价交流群： /p p style=" text-align: center " img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202004/uepic/810a8756-4206-4f04-a26c-8134245d0576.jpg" title=" 催化剂表征与评价交流群.jpg" alt=" 催化剂表征与评价交流群.jpg" / /p

近日，中国科学院大连化学物理研究所仿生催化合成创新特区研究组研究员陈庆安团队在光催化烯烃的卤代/吡啶双官能化方面取得新进展，发展出通过调控氧化淬灭活化模式和自由基极性交叉途径，实现光催化非活化烯烃的卤代/吡啶双官能化反应新策略。该策略作为对传统Heck型反应的补充，通过自由基反应过程避免了中间体β-H消除带来的底物限制，高效地将卤代基和吡啶基团区域选择性地加成到烯烃双键。　　由简单底物快速构建复杂分子是有机化学的重要研究方向。其中，烯烃的催化官能化反应由于底物成本低且来源广泛而备受关注。虽然经典的Heck反应和还原型Heck反应提供了烯烃的芳基化和氢芳基化的有效途径，但这些方法均涉及了卤原子的消除，产生了不可避免的废弃物。此外，碳卤键的选择性构建十分重要，它是多种官能团转化的重要反应位点。因此，在不牺牲卤原子的情况下，实现烯烃双键同时构建新的C-C和C-X键具有重要意义。　　陈庆安团队长期致力于发展不同催化体系，以实现烯烃选择性催化转化与合成。在前期相关研究（Angew. Chem. Int. Ed.，2019；Angew. Chem. Int. Ed.，2020；Angew. Chem. Int. Ed.，2021；Angew. Chem. Int. Ed.，2021；Angew. Chem. Int. Ed.，2021）基础上，该团队最近利用卤代吡啶和非活化烯烃作为简单的反应底物，采用光催反应策略来实现非活化烯烃的卤代/吡啶双官能化。科研人员通过添加三氟乙酸，促进卤代吡啶底物发生质子化，使铱光催化剂更易于发生氧化淬灭，激发质子化的卤代吡啶产生亲电性吡啶自由基，进一步与富电子的非活化烯烃发生加成；氧化态的铱光催化剂可将生成的烷基自由基中间体氧化为碳正离子，进一步捕获体系中的卤负离子，实现C-C键和C-X键（X=Cl，Br，I）的选择性构建。此外，科研人员还进行了Stern-Volmer荧光淬灭、循环伏安法、量子产率测定等机理探究实验和动力学研究，解释了反应途径调控的机制和反应机理。为进一步验证该反应的实用性，科研人员开展了一系列转化实验：利用烯烃的卤代吡啶双官能化产物的碳卤键，可发生进一步的消除反应，以及与亚磺酸盐、硫氰酸盐、苯硫酚和叠氮钠的取代反应得到相应的转化产物。　　相关研究成果以Photo-Induced Catalytic Halopyridylation of Alkenes为题，发表在《自然-通讯》（Nature Communications）上。研究工作得到国家自然科学基金、辽宁省博士科研启动基金等的支持。　　论文链接

近日，中国科学院大连化学物理研究所太阳能制储氢材料与催化研究组研究员章福祥团队与日本东京工业大学Kazuhiko Maeda教授团队合作，设计合成了层状结构的宽光谱捕光催化新材料β-ZrNBr，其吸光带边可至530nm，表现出较优异的光催化水分解半反应制氢和放氧、光催化半反应还原CO2制甲酸等功能。　　宽光谱捕光催化材料的设计合成是实现太阳能高效光—化学转化的基础，其吸收带边越宽，太阳能转化理论效率越高。在前期氮氧化物设计合成基础上，本工作利用氮元素与卤素离子共取代氧原子策略，合成了氮卤化物（β-ZrNBr），解决了以往单纯氮取代氧过程中因电荷不匹配（N3-，O2-）产生不可避免缺陷态的弊端，开发了兼具宽光谱响应和低缺陷密度的新型可见光催化材料。该新型宽光谱捕光催化材料为层状结构化合物，其结构单层为双面Br-离子夹棱形ZrN层板的结构，且通过插层剥离后可得到纳米片结构。此外，科研人员通过在β-ZrNBr表面分别修饰Pt、RuOx、RuRu’分子，实现了该材料光催化还原水产氢、光催化水氧化产氧、光催化还原CO2产甲酸等半反应功能，展示了较好的光化学转化应用潜力。　　大连化物所太阳能研究部长期致力于具有较宽可见光利用的新光催化材料开发，设计合成了氮氧化物类（J. Mater. Chem. A、J. Mater. Chem. A、Chem. Commun.、Angew. Chem. Int. Ed.、Appl. Catal. B、Adv. Mater.、J. Energy Chem.）、含氧酸盐类（Adv. Energy Mater.）、金属有机框架类（Adv. Mater.、Sci. China Chem.、J. Am. Chem. Soc.）等不同类型、且具有我国自主知识产权的新材料，在光催化分解水制氢方面展现了良好性能。　　相关研究成果以Layered β-ZrNBr Nitro-Halide as Multifunctional Photocatalyst for Water Splitting and CO2 Reduction为题，发表在《德国应用化学》上。研究工作得到国家自然科学基金、科技部等的支持。

近日，大连化物所太阳能制储氢材料与催化研究组(DNL1621组)章福祥研究员团队与日本东京工业大学Kazuhiko Maeda教授团队合作，设计合成了一种层状结构的宽光谱捕光催化新材料β-ZrNBr，其吸光带边可至530nm，表现出较优异的光催化水分解半反应制氢和放氧、光催化半反应还原CO2制甲酸等功能。宽光谱捕光催化材料的设计合成是实现太阳能高效光—化学转化的基础，其吸收带边越宽，太阳能 转化理论效率越高。 　　在前期氮氧化物设计合成基础上，本工作中，科研人员通过氮元素与卤素离子共取代氧原子策略，合成了氮卤化物(β-ZrNBr)，解决了以往单纯氮取代氧过程中，由于电荷不匹配(N3-，O2-)，导致产生不可避免缺陷态的弊端，实现了兼具宽光谱响应和低缺陷密度的新型可见光催化材料的开发。该新型宽光谱捕光催化材料为层状结构化合物，其结构单层为双面Br-离子夹棱形ZrN层板的结构，且通过插层剥离后可得到纳米片结构。此外，科研人员通过在β-ZrNBr表面分别修饰Pt、RuOx、RuRu’分子，实现了该材料光催化还原水产氢、光催化水氧化产氧、光催化还原CO2产甲酸等半反应功能，展示了较好的光化学转化应用潜力。 　　大连化物所太阳能研究部长期致力于具有较宽可见光利用的新光催化材料开发，先后设计合成了氮氧化物类(J. Mater. Chem. A，2013；J. Mater. Chem. A，2017；Chem. Commun.，2014；Angew. Chem. Int. Ed.，2015；Appl. Catal. B，2019；Adv. Mater.，2021；J. Energy Chem.，2021等)、含氧酸盐类(Adv. Energy Mater.，2018)、金属有机框架类(Adv. Mater.，2018；Sci. China Chem.，2020；J. Am. Chem. Soc.，2022)等不同类型、具有我国自主知识产权的新材料，在光催化分解水制氢方面展现了良好性能。 　　上述工作以“Layered β-ZrNBr Nitro-Halide as Multifunctional Photocatalyst for Water Splitting and CO2 Reduction”为题，于近日发表在《德国应用化学》(Angew. Chem. Int. Ed.)上。该论文的第一作者是大连化物所DNL1621组毕业生鲍云锋博士和博士后杜仕文，以上工作得到了国家自然科学基金、国家科技部等项目资助。