大連化物所提出二維硫化鉬限域銠原子的距離協同催化效應
2020-12-08 中國科學院大連化物所提出二維硫化鉬限域銠原子的距離協同催化效應
2020-05-07 大連化學物理研究所
語音播報
近日，中國科學院大連化學物理研究所催化基礎國家重點實驗室二維材料與能源小分子轉化創新特區組研究員鄧德會、副研究員於良團隊提出二維硫化鉬（MoS2）限域銠原子的距離協同效應，利用銠單原子之間的距離來調控二維MoS2面內硫原子的電子結構和催化活性，從而實現高效電催化析氫（HER）性能。該工作為深入認識二維MoS2限域單原子的催化活性調控機制以及設計新型高效電解水析氫催化劑提供了新思路。
MoS2作為一種典型的二維過渡金屬硫族化合物，其邊緣結構具有適中的氫吸附強度而顯示良好的HER活性，因而被廣泛認為是一種有潛力的、可替代貴金屬Pt的非貴金屬HER催化劑。然而，位於MoS2面內的大量S原子對HER反應卻是惰性的，而邊緣活性位的數目又非常有限。因此，開發能夠有效激發並優化MoS2面內S活性的手段對於增加MoS2的催化活性位數目、提高其催化HER活性具有重要意義，但卻極具挑戰性。
鄧德會團隊長期聚焦二維催化材料的表界面調控研究，在國際上率先提出並實現MoS2晶格限域的金屬雜原子來激發其面內S原子的催化活性（Energy Environ. Sci. , 2015, 8, 1594；Nat. Nanotechnol. , 2016, 11, 218；Nat. Commun. , 2017, 8, 14430；Nano Energy, 2019, 61, 611；Chem. Rev. , 2019, 119, 1806）。該策略能夠有效地提高MoS2催化HER的性能。然而，如何精確調控並優化面內硫的活性仍是亟待解決的關鍵問題。該團隊最新的研究顯示MoS2晶格限域單原子Rh之間的距離協同效應能夠有效調控並優化面內S原子的反應活性，從而顯著提高其HER催化活性。研究團隊通過控制Rh原子的濃度來改變Rh原子間的平均距離，發現Rh原子間距與HER活性之間存在奇特的「火山型曲線」關係。當MoS2晶格內Rh原子的質量分數達到適中的4.8%時，催化劑的HER反應活性達到最高，產生10 mA cm-2電流密度僅需67 mV過電位。該活性超過了絕大多數已報導的MoS2基材料在酸性體系下的催化活性，並接近了商業化40% Pt/C催化劑的活性。同時，密度泛函理論（DFT）計算發現，MoS2晶格限域Rh原子激發了Rh近鄰S原子的活性，且Rh原子間距與S原子對氫的吸附自由能之間也呈現出「火山型曲線」關係，即當限域的Rh原子間距適中時，面內S原子活性位對氫的吸附能最優（更接近0 eV），達到最高的HER催化活性。該工作揭示了MoS2限域Rh單原子之間的距離協同效應對面內S原子電子結構及催化活性的調控與優化機制，為設計與優化MoS2基新型催化劑提供了借鑑。
相關研究成果發表於《德國應用化學》（Angew. Chem. Int. Ed.）上。上述工作得到國家科技部重點研發計劃項目、國家自然科學基金基礎科學中心重大項目，中科院前沿科學重點研究項目、中科院潔淨能源創新研究院合作基金項目、教育部能源材料化學協同創新中心（2011.iChEM）的資助。
二維MoS2限域Rh原子的距離協同效應對HER活性的影響
近日，中國科學院大連化學物理研究所催化基礎國家重點實驗室二維材料與能源小分子轉化創新特區組研究員鄧德會、副研究員於良團隊提出二維硫化鉬（MoS2）限域銠原子的距離協同效應，利用銠單原子之間的距離來調控二維MoS2面內硫原子的電子結構和催化活性，從而實現高效電催化析氫（HER）性能。該工作為深入認識二維MoS2限域單原子的催化活性調控機制以及設計新型高效電解水析氫催化劑提供了新思路。
MoS2作為一種典型的二維過渡金屬硫族化合物，其邊緣結構具有適中的氫吸附強度而顯示良好的HER活性，因而被廣泛認為是一種有潛力的、可替代貴金屬Pt的非貴金屬HER催化劑。然而，位於MoS2面內的大量S原子對HER反應卻是惰性的，而邊緣活性位的數目又非常有限。因此，開發能夠有效激發並優化MoS2面內S活性的手段對於增加MoS2的催化活性位數目、提高其催化HER活性具有重要意義，但卻極具挑戰性。
鄧德會團隊長期聚焦二維催化材料的表界面調控研究，在國際上率先提出並實現MoS2晶格限域的金屬雜原子來激發其面內S原子的催化活性（Energy Environ. Sci. , 2015, 8, 1594；Nat. Nanotechnol. , 2016, 11, 218；Nat. Commun. , 2017, 8, 14430；Nano Energy, 2019, 61, 611；Chem. Rev. , 2019, 119, 1806）。該策略能夠有效地提高MoS2催化HER的性能。然而，如何精確調控並優化面內硫的活性仍是亟待解決的關鍵問題。該團隊最新的研究顯示MoS2晶格限域單原子Rh之間的距離協同效應能夠有效調控並優化面內S原子的反應活性，從而顯著提高其HER催化活性。研究團隊通過控制Rh原子的濃度來改變Rh原子間的平均距離，發現Rh原子間距與HER活性之間存在奇特的「火山型曲線」關係。當MoS2晶格內Rh原子的質量分數達到適中的4.8%時，催化劑的HER反應活性達到最高，產生10 mA cm-2電流密度僅需67 mV過電位。該活性超過了絕大多數已報導的MoS2基材料在酸性體系下的催化活性，並接近了商業化40% Pt/C催化劑的活性。同時，密度泛函理論（DFT）計算發現，MoS2晶格限域Rh原子激發了Rh近鄰S原子的活性，且Rh原子間距與S原子對氫的吸附自由能之間也呈現出「火山型曲線」關係，即當限域的Rh原子間距適中時，面內S原子活性位對氫的吸附能最優（更接近0 eV），達到最高的HER催化活性。該工作揭示了MoS2限域Rh單原子之間的距離協同效應對面內S原子電子結構及催化活性的調控與優化機制，為設計與優化MoS2基新型催化劑提供了借鑑。
相關研究成果發表於《德國應用化學》（Angew. Chem. Int. Ed.）上。上述工作得到國家科技部重點研發計劃項目、國家自然科學基金基礎科學中心重大項目，中科院前沿科學重點研究項目、中科院潔淨能源創新研究院合作基金項目、教育部能源材料化學協同創新中心（2011.iChEM）的資助。
二維MoS2限域Rh原子的距離協同效應對HER活性的影響
相關焦點
-
大連化物所發表二維材料限域催化進展報告
近日，中國科學院大連化學物理研究所催化基礎國家重點實驗室研究員鄧德會和中科院院士包信和團隊在《先進材料》（Advanced Materials）上發表題為「二維材料限域催化用於能源轉化」（Confinement Catalysis with 2D Materials for Energy Conversion）的進展報告。 -
大連化物所納米限域催化理論研究取得新進展
大連化物所納米限域催化理論研究取得新進展 2015-02-03 大連化學物理研究所 【字體：>Ru等電子結構及其催化性能調變作用的規律和本質，所提出的限域能的概念可用於預測限域對催化反應性能的調變作用。 -
大連化物所實現二維硫化鉬共限域鈷/硒雙原子「裡應外合」高效催化...
大連化物所實現二維硫化鉬共限域鈷/硒雙原子「裡應外合」高效催化電解水析氫 2020-07-17 大連化學物理研究所 【字體：大 中 小】 -
大連化物所二維原子晶體限域生長研究取得新進展
大連化物所二維原子晶體限域生長研究取得新進展 2015-12-30 大連化學物理研究所 【字體中 小】 語音播報 近日，中國科學院大連化學物理研究所催化基礎國家重點實驗室在二維原子晶體限域生長及原位表徵研究工作中取得新進展 -
中科院大連化物所等通過雙單原子亞納米反應器實現高效電化學固氮
近日，中國科學院大連化學物理研究所微納米反應器與反應工程學研究組研究員劉健團隊，與天津大學教授梁驥團隊、澳大利亞斯威本科技大學教授孫成華團隊合作，通過亞納米空間限域策略，開發Fe-Cu雙單原子亞納米反應器，用於電催化N2還原反應，實現NH3高效率合成，為電催化固氮提供新思路。 -
...二維硫化鉬共限域鈷/硒雙原子「裡應外合」高效催化電解水析氫
大連化物所實現二維硫化鉬共限域鈷/硒雙原子「裡應外合」高效催化電解水析氫 2020-07-17 大連化學物理研究所 ，在酸性電解水析氫（HER）催化劑研究中取得新進展，基於二維硫化鉬（MoS2）的三原子層結構特性，將Co和Se分別限域在其內層和表層晶格中，實現Co/Se「裡應外合」協同調控MoS2的催化性能，提升了其在催化酸性HER中的活性和穩定性。 -
中科院大連化物所在氧化物限域催化研究中取得新進展—新聞—科學網
近日，中科院大連化物所傅強研究員和包信和院士團隊與英國劍橋大學合作，通過將納米氧化物限域在金屬有機框架（MOF）材料中實現高效催化過程 -
大連化物所碳納米管限域催化研究工作取得新進展
近日，中科院大連化學物理研究所催化基礎國家重點實驗室張帆、潘秀蓮和包信和等在碳納米管的限域催化研究方面取得新進展，相關結果發表在《美國國家科學院院刊》上。該研究團隊經過多年的研究，證實了這種納米級空間和電子結構可形成獨特的限域環境，導致組裝在其內部的金屬納米粒子和氣體分子的特性發生變化，從而可能改變分子吸附活化模式甚至反應路徑，提出了「碳納米管的催化協同限域效應」的 -
科學家證實零維納米空間限域催化有效
近日，中科院大連化物所研究員傅強和包信和院士團隊與英國劍橋大學合作，通過將納米氧化物限域在金屬有機框架（MOF）材料中實現高效催化過程，證明了限域微環境在調控催化性能上具有重要作用 -
大連化物所納米晶敏化分子三線態動力學研究取得新進展
近日，中國科學院大連化學物理研究所光電材料動力學創新特區研究組研究員吳凱豐團隊基於量子限域的鈣鈦礦納米晶有效地實現了可見光碟機動的萘三線態敏化。相關成果發表於《物理化學快報》（The Journal of Physical Chemistry Letters）上。 -
大連化物所提出綠色途徑利用天然氣中的有害氣體
大連化物所提出綠色途徑利用天然氣中的有害氣體 作者： 2018-04-06 07:05 來源：大連日報 近日，大連化物所催化基礎國家重點實驗室、太陽能研究部李燦院士、宗旭研究員、馬偉光博士等人發展電催化技術，在天然氣中二氧化碳和硫化氫源化轉化研究方面取得進展，相關研究成果發表在《德國應用化學》(Angew. -
大連化物所發表甲烷溫和條件下直接催化轉化研究綜述
近日，中國科學院大連化學物理研究所催化基礎國家重點實驗室研究員鄧德會和中科院院士包信和團隊在Chem上發表綜述文章，系統總結並展望了熱催化、電催化、光催化技術在甲烷溫和條件下直接轉化方面的研究進展。 -
石墨烯限域催化研究取得新進展—新聞—科學網
通訊員石瑛 記者劉萬生 12月8日，中科院大連化物所催化基礎國家重點實驗室在石墨烯限域催化及表面催化原位表徵研究取得新進展 -
大連化物所實現電催化高效分解硫化氫制氫
大連化物所實現電催化高效分解硫化氫制氫 2020-01-14 大連化學物理研究所 【字體：電催化分解硫化氫是一種溫和高效的方法，可以通過陰極析氫、陽極產硫，同時實現氫氣和硫粉的分離與回收。然而，目前報導的催化劑中，貴金屬價格昂貴，過渡金屬及其氧化物易被反應介質毒化或腐蝕而失去活性，極大地限制了這項技術的發展。所以，亟待開發一種價格低廉、活性優異、耐腐蝕的催化材料，用於高效電催化分解硫化氫制氫。 鄧德會團隊基於其前期在國際上率先提出的鎧甲催化概念（Angew. -
中科院大化所兩維限域催化理論研究取得新進展—新聞—科學網
近日，中科院大連化物所催化基礎國家重點實驗室傅強研究員、包信和院士團隊在兩維限域催化理論研究中取得新進展，相關結果發表在 -
大連化物所發現金屬—載體強相互作用的粒徑效應
大連化物所發現金屬—載體強相互作用的粒徑效應 2020-11-23 大連化學物理研究所 【字體然而最近幾年，關於Au與載體強相互作用的研究取得了一系列重要進展：繼2012年臺灣大學牟中原研究組發現了Au與ZnO納米棒間存在氧化氣氛誘導的OMSI後，喬波濤與大連化物所研究員王軍虎合作，相繼發現並報導了Au與非氧化物載體羥基磷灰石之間由氧化氣氛誘導的OMSI，以及Au與TiO2之間的經典SMSI，並據此開發了兼具高活性與高穩定性的Au催化劑。 -
大連化物所發現金屬—載體強相互作用的粒徑效應---中國科學院
大連化物所發現金屬—載體強相互作用的粒徑效應 2020-11-23 大連化學物理研究所 【字體然而最近幾年，關於Au與載體強相互作用的研究取得了一系列重要進展：繼2012年臺灣大學牟中原研究組發現了Au與ZnO納米棒間存在氧化氣氛誘導的OMSI後，喬波濤與大連化物所研究員王軍虎合作，相繼發現並報導了Au與非氧化物載體羥基磷灰石之間由氧化氣氛誘導的OMSI，以及Au與TiO2之間的經典SMSI，並據此開發了兼具高活性與高穩定性的Au催化劑。 -
大連化物所納米晶熱載流子弛豫動力學研究取得新進展
近日，中國科學院大連化學物理研究所光電材料動力學特區研究組研究員吳凱豐團隊採用飛秒瞬態光譜技術系統地研究了量子限域的鈣鈦礦納米晶的熱載流子弛豫動力學，發現該體系呈現出亞皮秒級別的熱載流子壽命與之前理論預測的「聲子瓶頸」機制不符，進一步研究發現熱載流子能量耗散通道由表面配體分子誘導的非絕熱弛豫機制所主導。 -
我科學家揭示納米反應器在液相加氫反應中的空間限域效應
以這兩種納米反應器為催化劑，利用雙室反應器進行液相加氫反應，通過對比分析系統研究了納米反應器在液相加氫反應中的空間限域效應。這一科研成果近期發表在《德國應用化學》Angew. Chem. Int. Ed.上。文章的第一作者是中科院青島能源所的博士後董超和博士生於群，通訊作者是劉健和王光輝。據介紹，中空納米反應器由於其具有獨特的空間限域效應，在催化領域引起了廣泛關注。 -
大連化物所提出電催化一氧化氮還原合成氨新策略
近日，大連化物所肖建平研究員團隊和鄧德會研究員團隊合作提出將工業廢氣和汽車尾氣中排放的一氧化氮電催化還原合成氨氣的新策略，為脫硝和電催化合成氨提供了新的思路。 一氧化氮是一種有害的大氣汙染物，通常來自化石燃料的燃燒，如火電廠鍋爐煙氣、汽車尾氣等，一氧化氮的去除在工業煙氣處理中是必不可少的。