大连理工杨明辉团队: 压电(光)催化合成增值化学品的进展与机遇

文摘   2024-07-30 09:00   北京  

研究背景

全球人口的迅速增长和工业发展的加速导致了能源短缺和环境污染问题的日益严重。科学家们在多个学科领域不懈努力,致力于开发和利用更多可再生能源,如太阳能、风能、震动能、自然风和潮汐力,以缓解这些挑战。随着压电(-光电子)效应的提出和发展,压电(-光)催化技术在可再生能源收集和催化化学领域受到越来越多的关注。

压电(-光)催化技术基于压电(-光)催化材料。压电催化材料是一类特殊的晶体材料,具有非中心对称结构,能够响应外界的机械能并将其转化为电能,再介入材料表面的化学反应,进一步转化为化学能。而具有压电特性的半导体光催化材料则能够利用压电势能和极化电荷,同时收集机械能与太阳能,并进一步转化为化学能。

新型增值化学品的合成技术在现代化学工业中具有重要的经济和环境价值,其将低价值原材料转化为高附加值产品,不仅提高了产品的市场竞争力,还促进了绿色化学和可持续发展。压电(-光)催化技术可以收集机械能(以及太阳能)并用于生产高价值化学品,这对于能源和环境科学的未来发展极为有价值。

研究内容

近日,大连理工大学杨明辉教授团队系统的总结了目前压电- (光) 催化技术合成增值化学品的研究进展。该成果以“Advancements and opportunities in piezo-(photo)catalytic synthesis of value-added chemicals“(《压电 (光) 催化合成增值化学品的进展与机遇》)为题,发表在英国皇家化学会期刊 EES Catalysis 上。
该工作首先从压电 (-光催化) 材料、压电 (-光) 电子学和催化化学的角度介绍了压电催化和压电-光催化的机理。随后,介绍了压电催化合成不同增值化学品的研究进展,包括压电催化合成过氧化氢、压电催化还原二氧化碳为 C1-C2+化学品、压电催化氮气转化为增值化学品以及压电催化有机化学品的合成。详细总结了各种催化材料在合成不同增值化学品中的性能和催化机理。同时,基于不同的压电半导体材料,对压电-光催化合成增值化学品的最新进展进行了详细总结。详细的介绍了如钙钛矿金属氧化物、氮化碳、铋基材料以及过渡金属硫化物等典型压电半导体材料,并总结了利用压电-光催化技术合成增值化学品的催化反应体系、性能、机理及优势。最后,该工作对压电 (-光) 催化合成化学品的前景与挑战进行了详细的总结和展望,为压电 (-光) 催化领域和增值化学品的合成提供了新的见解和方向。

  • Fig. 1. 压电(光)催化合成增值化学品的进展与机遇

论文信息

  • Advancements and opportunities in piezo-(photo)catalytic synthesis of value-added chemicals

    Weiliang Qi,† Yaping Fu,† Enbo Liu, Zhixing Cheng, Yuxiu Sun, Siqi Liu and Minghui Yang*明辉,大连理工大学)

    EES. Catal., 2024, 2, 884-910
    https://doi.org/
    10.1039/D3EY00313B

作者简介

戚为量 博士后
大连理工大学

本文第一作者,2023 年 6 月在中国科学院宁波材料技术与工程研究所获得博士学位,现为大连理工大学环境学院博士后,主要研究方向为过渡金属氮化物基催化材料的设计合成及其在新型环境催化技术中的应用。迄今为止,发表 SCI 研究论文 19 篇,授权中国发明专利 1 项,获选 2024 年度国家资助博士后研究人员计划 (B 档)。







付雅坪 硕士研究生
大连理工大学
本文共同第一作者,大连理工大学环境学院硕士研究生,主要研究方向为过渡金属氮化物基催化材料的合成及其在非均相光催化中的应用。





杨明辉 教授
大连理工大学
本文通讯作者,大连理工大学环境学院教授、博士生导师、英国皇家化学会会士,先后在英国利物浦大学化学系获得学士、硕士学位,2010 年在英国爱丁堡大学化学系获得博士学位。2010-2014 年在美国康奈尔大学化学系从事固体功能材料研究工作。2013 年 12 月以国家海外高层次人才引进计划(青年项目)回国工作。科研工作主要集中在固体功能材料的设计合成、晶体结构、构效关系研究,及相关材料在催化和传感领域的应用,共发表 SCI 期刊论文 263 余篇,包括部分主要成果以通讯或第一作者发表在 Nature Materials, Nature Chemistry, Science Advances, Chemical Society Reviews, Angewandte Chemie, Journal of the American Chemical Society, Advanced Materials 等,H 因子 55,获得授权 PCT 专利 1 项和中国发明专利 18 项。担任中国稀土学会稀土晶体专业委员会委员、中国化工学会稀土催化与过程专业委员会委员、中国电子学会敏感技术分会气湿敏传感技术专业委员会委员。

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EES Catalysis 以聚集催化领域的关键性成果为目标,发表能源与环境催化领域的高质量研究工作,以期能为全世界的相关领域研究人员带来有益的启发。这本新刊属于 Energy & Environmental Science 的子刊,发文范围涵盖化学、材料科学与工程学领域的各类催化研究。作为一本金色开放获取的期刊,读者可免费获取论文的全文,同时从该刊发布起到 2025 年年中免收论文发表费用。

Editor-in-Chief
  • Shizhang Qiao (乔世璋)
    🇦🇺 阿德莱德大学

Associate editors
  • Honggang Fu (付宏刚)
    🇨🇳 黑龙江大学

  • Susan Habas
    🇺🇸 国家可再生能源实验室

  • Rebecca Melen
    🇬🇧 卡迪夫大学

  • Zhichuan J. Xu (徐梽川)
    🇸🇬 南洋理工大学

* 2023 Journal Citation Reports (Clarivate, 2024)

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