近日，东北林业大学材料科学与工程学院木材材质改良与功能化团队联合西北工业大学材料学院刘峰教授团队，在催化领域国际旗舰期刊Applied Catalysis B: Environment and Energy上发表了题为“Design of high-performance wood-derived N-doped ECR electrocatalysts based on Marcus theory”的研究论文，创新性地制备了具有最佳N掺杂比例和丰富纳米孔道的木材衍生N掺杂催化剂用于高效还原二氧化碳，并基于Marcus理论和催化反应的热-动力学相关性，深入解析了其背后的反应机制。
在无金属木材衍生N掺杂碳电催化剂上进行CO2的电化学还原（ECR），为将CO2转化为高附加值化学品和燃料提供了一条新途径。然而，木材衍生电催化剂的催化性能严重依赖于杂原子掺杂的形式和比例，如何寻找和获得最优掺杂条件是催化剂设计的关键。在开发高效CO2电催化剂的过程中，基于大量实验的传统“试错法”存在耗时长、精度低、成本高等弊端。因此，开发更高效、普适的精准设计和预测方法具有重要意义。
近年来，材料科学与工程学院谢延军教授带领的木材材质改良与功能化团队，围绕木质基先进功能材料的研发与应用开展了一系列研究工作（Nat.Commun.，2024; Adv.Funct. Mater., 2024）。本研究将Marcus理论与热-动力学相关性结合，建立了N掺杂同ECR反应热-动力学的定量关联，并基于“大驱动力-小能垒”预测了最优掺杂状态。以杨木为原材料，制备了具有最佳N掺杂、高比表面积和丰富纳米孔道结构的木材衍生N掺杂碳催化剂，其在-0.71 V（vs. RHE）的低过电位下具有86.78%的CO选择性、高活性（jCO=-5842.90 mA g-1）和良好稳定性。该工作展示了基于催化反应热-动力学相关性设计电催化剂的优势，有望为高性能电催化材料研发提供新思路。
东北林业大学为第一完成单位，材料科学与工程学院梁大鑫副教授为该论文的通讯作者，硕士生于斐涵为该论文的第一作者。西北工业大学刘峰教授、杜敏疏副教授为该论文的共同通讯作者。
