華中師範大學在電催化還原CO2研究領域取得重要進展

2020-08-30 小材科研

電催化二氧化碳還原反應（CO2RR）可以通過可再生能源電能將溫室氣體二氧化碳轉化為有價值的化學物質和燃料，對可再生能源的存儲和緩解氣候變化都至關重要，從而吸引了國際研究領域的廣泛關注，其中的關鍵是高效催化材料製備以及相關催化機理。

最近，華中師範大學物理科學與技術學院餘穎教授、邱明副教授課題組與美國休斯頓大學任志鋒教授課題組合作，在非典型含氧銅促進電催化還原CO2合成CH4研究方面取得了重要進展，相關成果發表在了化學領國際著名期刊Journal of the American Chemical Society (2020, 142: 11417-11427) 上。華中師範大學物理科學與技術學院為該論文的第一完成單位，論文的第一作者為物理科學與技術學院博士研究生張維。

電催化CO2RR生成高能量密度的多碳醇類或烴類（C2或C2+）產物過程因為可以幫助提高電催化CO2RR的能源效率，從而顯得尤為重要。對於電催化CO2RR生成C2或C2+產物的過程，C-C偶聯反應是非常關鍵的中間決速步驟，這個中間過程需要催化劑的表面牢固地結合*CO中間體，以建立足夠的*CO覆蓋範圍，從而進一步進行*CO二聚。含氧銅結構（含有Cuδ+）被認為是有效進行*CO二聚反應的關鍵，但是由於含氧銅在電催化還原體系中不穩定，以及人們對含氧銅結構認識不足，導致人們對其作用的質疑。因此，準確鑑定含氧銅的結構與作用，從而合理設計出選擇性高、活性好和穩定性強的Cu基催化劑，對於促進電催化CO2還原領域的發展意義重大。

Cu4O和金屬Cu催化還原CO2的不同路徑和產物

為此，電化學原位還原條件下，該課題組研究了非典型含氧銅納米線的結構演變過程，並發現利用具有分級孔和富晶界結構的CuO前驅體成功合成了穩定的非典型含氧銅結構。同時，探索了一系列原位和準原位材料表徵技術和方法，包括原位拉曼（Raman）、準原位X-射線光電子能譜（XPS）和原位高能X-射線吸收譜（XAS），並結合非原位表徵手段，深入研究了這種非典型含氧銅結構，最終確定其為亞穩態低值氧化銅Cu4O。通過DFT計算，證實了該新型含氧銅催化劑表面增強了*CO的吸附，從而促進了C-C偶聯以及二聚反應（如下圖所示）。總之，通過實驗和理論研究相結合，深刻闡明了該體系在電催化CO2還原過程中的「結構（非典型含氧銅結構）—活性（CO2RR）關係」。

上述研究成果得到了國家自然科學基金、武漢市應用基礎前沿項目等項目的資助。

來源：華中師範大學

論文連結：

https://dx.doi.org/10.1021/jacs.0c01562

相關焦點

  • 中國石油大學吳明鉑團隊在電催化還原CO2領域取得新進展
    近日，中國石油大學（華東）吳明鉑教授領銜的新型碳材料團隊在高活性金屬氮碳材料電催化還原二氧化碳研究方面取得新進展。相關研究論文《高分散鐵氮氧五配位單原子催化劑高效電催化還原二氧化碳》（Hierarchically micro- and meso-porous Fe-N4O-doped carbon as robust electrocatalyst for CO2 reduction）在國際材料領域權威期刊Applied Catalysis
  • 近期國內高校在CO2還原方面取得系列重要進展
    CO2還原是當今研究熱門的課題之一，國內眾多團隊都在參與，近期又有什麼新的進展呢？一起來看看！1、上海高研院二氧化碳加氫催化劑設計開發研究獲進展近日，中國科學院低碳轉化科學與工程重點實驗室暨上海高研院-上海科技大學低碳能源聯合實驗室研究員孫予罕、高鵬和李聖剛帶領的團隊，在二氧化碳催化加氫催化劑研究中取得進展，實現了更高性能氧化銦催化劑的理性設計與合成，相關研究成果以Rationally
  • 致力提高光催化產氫效率 華中師大研究團隊取得重要進展
    半導體光催化產氫的低效率，一直制約著其實際應用。19日，記者從華中師範大學獲悉，該校長江學者特聘教授張禮知團隊針對這一狀況開展攻關，取得了重要研究進展，相關成果近日發表於國際學術期刊《自然·通訊》。論文第一作者為化學學院張禮知教授和物理學院餘穎教授共同指導的博士生李傑，第二作者為化學物理交叉班2012級本科生佔光明。
  • 東華大學楊建平、羅維團隊在CO2電催化還原領域取得突破
    近日，東華大學材料學院楊建平研究員和羅維研究員團隊在CO2電催化還原領域取得重要進展，相關成果以《非均相單原子催化劑設計用於CO2電催化還原》 (HeterogeneousSingle‐Atom Catalysts for Electrochemical CO2 Reduction Reaction)為題，發表於國際知名期刊《
  • 北理工在金屬銻單原子催化劑構築及電催化CO2還原取得重要進展
    近日，北京理工大學張加濤教授與陳文星副研究員在單原子催化劑的合成及性能研究方面，與清華大學李亞棟院士、王定勝副教授團隊合作，在主族金屬單原子銻（Sb）催化劑構築及高效電催化CO2RR應用的研究中取得重要進展，相關成果以「Discovery of Main Group Single Sb-N4 Active Sites
  • 有機-無機雜化納米材料電催化CO2還原反應的研究進展
    精確調控多個反應步驟獲得高附加值產物是ECR領域未來發展的必然趨勢，科學合理設計和製備ECR催化劑至關重要。本文介紹了ECR的最新進展、機遇和挑戰，著重總結和討論了有機-無機雜化電催化劑對CO2初始活化及產物選擇性的結構優勢，針對有機-無機雜化電催化劑的不足提出改進策略，並展望了其未來研究前景。
  • 中國石油大學（華東）吳明鉑團隊在電催化還原CO2取得新進展
    近日，中國石油大學（華東）吳明鉑教授領銜的新型碳材料團隊在高活性金屬氮碳材料電催化還原二氧化碳研究方面取得新進展。相關研究論文《高分散鐵氮氧五配位單原子催化劑高效電催化還原二氧化碳》（Hierarchically micro- and meso-porous Fe-N4O-doped carbon as robust electrocatalyst for CO2 reduction）在國際材料領域權威期刊Applied Catalysis B: Environmental
  • 大連理工大學在高效光/電催化應用研究取得重要進展
    為探索新能源的可持續發展，基於光催化與電催化研究引起了學術界的廣泛關注。大連理工大學精細化工國家重點實驗室孫立成院士團隊的侯軍剛教授在該領域取得重要進展。在太陽能光催化分解水領域，如何提高光生載流子的定向移動，避免載流子複合，成為光催化體系中的關鍵科學問題。
  • 中國科大雜化二維超薄結構電催化還原二氧化氮研究獲進展
    近日，中國科學技術大學教授謝毅、特任教授孫永福課題組在雜化二維超薄結構的合成及應用領域取得重要進展。 　　近日，中國科學技術大學教授謝毅、特任教授孫永福課題組在雜化二維超薄結構的合成及應用領域取得重要進展。
  • 廉價電催化水分解研究領域取得重要進展催化效率大幅提高
    作為一種重要的可持續新能源技術，開發高效、廉價的水分解電催化劑受到廣泛關注。記者13日從中南大學獲悉，中南大學材料科學與工程學院劉小鶴教授團隊在廉價電催化材料領域取得了系列進展，《先進功能材料》《應用催化B:環境》等國際權威期刊連續發表了該團隊最新研究成果。 　　氫能是最具前景的清潔能源之一，電解水產氫是目前較為理想的制氫技術。然而，這項技術的廣泛應用一直被高價的貴金屬催化劑所制約，亟待尋找廉價的高性能電催化劑替代貴金屬催化劑。
  • 從高被引研究論文來看電催化CO2還原研究進展
    近年來，將CO2催化轉化為高附加值化學燃料（如CO，甲酸，甲醇，乙醇等）是催化和能源領域的研究熱點。CO2還原這些年的發文量非常大，筆者課題為電催化CO2RR，很好奇自己研究方向哪些研究論文成為高被引。為此，我們盤點了2019年以來關於電催化還原CO2被引次數排在前十的研究性論文（基於Web of Science)，供大家一起交流學習。
  • 浙江師大本科生在光催化還原CO2取得重要進展
    近期，浙江師範大學「固態能源材料」大學生創新工作室、化學與生命科學學院李正全教授、王靳博士課題組16級科學教育專業本科生包伊鵬同學，以第一作者在中科院一區TOP期刊Nanoscale （影響因子6.97） 上發表題為Immobilization of catalytic sites
  • 華東師大化學與分子工程學院在電催化制氫領域取得重要進展
    近日，華東師大化學與分子工程學院上海市綠色化學與化工過程綠色化重點實驗室特聘教授施劍林院士與青年教師陳立松博士在有機物輔助電催化析氫領域取得重要進展。然而，電催化制氫面臨著陽極析氧反應(OER)動力學緩慢，產生的氧氣附加值較低等問題，且存在與陰極產生的氫氣混合而發生爆炸的危險。　　針對上述問題，施劍林院士與青年教師陳立松博士團隊提出在電解液中加入廉價有機物，以有機物的氧化反應取代OER過程。有機物輔助電催化析氫，不僅解決了電解過程中陽極過電位大的問題，還能得到高附加值產品。
  • 合肥研究院在常溫常壓下電催化氮氣還原方面取得進展
    合肥研究院在常溫常壓下電催化氮氣還原方面取得進展 2019-03-21 合肥物質科學研究院 此研究工作利用電解質和催化劑的相互作用，提高了電催化產氨效率，為未來常溫常壓下電催化合成氨技術的發展提供了新的思路和想法。
  • 華東師範大學電催化制氫研究獲重要成果—新聞—科學網
    華東師大化學與分子工程學院上海市綠色化學與化工過程綠色化重點實驗室特聘教授施劍林院士與青年教師陳立松博士在有機物輔助電催化析氫領域取得重要進展。
  • 化學所在漆酶生物電化學和電催化研究方面取得進展
    漆酶作為一種多銅族氧化酶，因其能夠實現在較低過電位下對氧氣分子的電化學催化還原，因而在生物燃料電池和生物電化學的傳感研究領域中備受關注。這些特點決定了在常規的電化學體系中，很難實現漆酶分子的直接電子轉移和基於此的生物電化學催化，儘管這些研究在生物電化學的基礎和應用研究中具有極其重要的意義。
  • 北理工基於MOF的銦單原子催化劑設計及電催化CO2還原獲進展
    近日，北京理工大學材料物理化學系能源催化研究所（籌）的陳文星副研究員、張加濤教授和清華大學的王定勝教授、李亞棟院士團隊合作，在In單原子催化劑的設計合成及高效電催化CO2還原（CO2RR）製備甲酸鹽的研究中取得重要進展，相關成果以「Design of a Single-Atom Indiumδ
  • 北理工基於MOF的銦單原子催化劑設計及電催化CO2還原獲進展
    近日，北京理工大學材料物理化學系能源催化研究所（籌）的陳文星副研究員、張加濤教授和清華大學的王定勝教授、李亞棟院士團隊合作，在In單原子催化劑的設計合成及高效電催化CO2還原（CO2RR）製備甲酸鹽的研究中取得重要進展，相關成果以「Design of a Single-Atom Indiumδ+-N4 Interface
  • 浙師大在高效光催化還原二氧化碳催化劑設計與製備取得突破性進展
    近日，浙師大 「雙龍學者特聘教授」、 省「傑出青年基金」獲得者李正全教授課題組在新型高效光催化還原二氧化碳催化劑的設計與製備的研究上取得突破性進展，相關成果在材料化學頂級期刊Chemistry of Materials上發表。
  • 金屬所納米碳材料高效催化過氧化氫電合成研究取得進展
    通過電化學氧還原途徑製備過氧化氫的新方法，作為一種潛在的替代路徑受到重視。納米碳材料有望作為貴金屬催化劑的替代材料，應用於電化學氧還原反應。 　　中國科學院金屬研究所瀋陽材料科學國家研究中心聯合研究部能源催化材料課題組致力於碳催化反應過程和新穎碳催化反應體系的研發，近期在納米碳材料高效催化過氧化氫電合成領域取得進展。