南航朱印龙团队: 普适性高载量单原子 CO₂ 电还原催化剂合成新策略

学术   2024-11-03 10:50   上海  

研究背景

单原子催化剂 (SACs) 因其原子级分散的活性位点而具有独特的催化反应活性、选择性和稳定性,在许多应用中表现出优于传统纳米颗粒和块体催化剂的性能,也是当前材料科学和催化领域最热门的研究方向之一。
针对电催化 CO₂ 还原反应,SACs 有望在工业条件下实现高产品法拉第效率和局部电流密度,加速推进其工业化进程。然而,颗粒团聚问题使得 SACs 的金属负载量严重受限,大幅降低了 SACs 在实际工业应用中的整体催化效率。
因此,开发普适性、高负载量的 SACs 合成策略对其工业化应用至关重要。

研究内容

近日,南京航空航天大学朱印龙教授带领研究团队报告了一种新颖的热解诱导前驱体转化策略,合成了以氮掺杂碳基纳米片为载体的过渡金属 SACs,实现了多种过渡金属 SACs 的高负载量可控合成,并将其用于电催化 CO₂ 还原反应。

该工作以金属离子掺杂的聚多巴胺 (PDA-M) 纳米球为前驱体,通过在二氰胺 (DCDA) 和氩气氛围下进行热解,促使 PDA-M 前驱体转化为相应的过渡金属 SACs。文章报道了以该策略合成多种过渡金属 SACs (M/N-C, M: Sc、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn),其中 Ni 样品的金属负载量可达到 8.87 wt%。此外,Ni/N-C 样品在电催化 CO₂ 还原反应中表现出优异的 CO 选择性,在较宽的电位范围内实现了 CO 法拉第效率超过 90%。

以上结果证实了该合成策略在催化领域的应用潜力,可为新型纳米催化剂的设计和应用提供有力支撑。该成果以 “A Universal Strategy for Synthesis of Transition Metal Single Atom Catalysts toward Electrochemical CO₂ Reduction” (《普适性过渡金属单原子催化剂合成策略及电催化 CO₂ 还原应用》) 为题,发表在英国皇家化学会期刊 Chemical Communications 上。

论文信息

  • A Universal Strategy for Synthesis of Transition Metal Single Atom Catalysts toward Electrochemical CO2 Reduction

    Bowen Li, Yan Liang and Yinlong Zhu*朱印龙,南京航空航天大学)

    Chem. Commun., 2024, 60, 12217-12220
    https://doi.org/10.1039/D4CC04213A

作者简介

李博闻 副研究员
南京航空航天大学

本文第一作者,南京航空航天大学副研究员,硕士研究生导师,入选国家海外博士后引进计划、江苏省双创博士。2015 年本科毕业于新加坡国立大学,2019 年在新加坡国立大学获博士学位,2022 年入职郭万林院士建立的南京航空航天大学国际前沿科学研究院,加入朱印龙教授团队。主要从事纳米材料的可控合成、形貌控制与清洁能源催化应用研究,以第一、通讯作者在 Adv. Mater.、Adv. Funct. Mater.、Chem. Mater. 等国际期刊上发表论文十余篇,主持、参与多项国家、省部级科研项目。







朱印龙 教授
南京航空航天大学
本文通讯作者,南京航空航天大学国际前沿科学研究院教授、博士生导师、国家海外高层次青年人才入选者 (海外优青)、江苏特聘教授,澳大利亚基金委 DECRA 学者,南航“长空英才”。南京工业大学材料化学工程博士 (2012-2017),澳大利亚莫纳什大学(Monash University)博士后、项目研究员 (2018-2021),2022 年回国入职南航前沿院成立“清洁能源催化材料与器件”验室,长期从事新能源材料与器件研究(燃料电池、金属空气电池、电催化/电合成等)。共发表SCI论文90余篇,其中包括第一/通讯作者在 Nat. Commun. (4 篇)、J. Am. Chem. Soc. (1篇)、Adv. Mater. (2篇)、 Angew. Chem. (2篇)、Energy Environ. Sci. (2篇) 、Nano Lett. (1篇)、Matter (1篇)、Adv. Energy/Funct. Mater. (7篇)等期刊发表51篇。总共被引用 >9400 余次,h-index 指数为 49,曾入选 ESI 高被引论文 18 篇。作为项目负责人主持国家自然科学基金海优/面上/青年项目,澳大利亚基金委优秀青年基金/探索项目等。荣获国际先进材料协会青年科学家奖、Chem. Commun. 期刊新锐科学家、Ind. Chem. Mater. 期刊青年创新奖、澳大利亚基金委早期职业研究员奖,英国皇家化学学会高被引作者、全球前2%顶尖科学家等。
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