近期，江南大學化工學院杜明亮教授團隊在面向碳中和高效催化轉化材料的設計與應用方面取得重要進展，課題組2018級博士生郝繼璨以第一作者在Advanced Energy Materials上發表學術論文：“Interatomic Electronegativity Offset Dictates Selectivity When Catalyzing the CO2Reduction Reaction（Adv. Energy Mater. 2022, 2200579）”，通訊作者為朱罕副研究員。同時，該工作被歐洲化學會旗下期刊ChemSusChem作為Hot Topic（Carbon Dioxide）重點報道。
對比單原子催化劑，雙單原子(DSA)催化劑具有更為豐富的原子配位環境及元素組合選擇性，被廣泛應用于電催化CO2還原反應(CO2RR)研究?，F階段，大量研究將DSA催化劑的活性來源簡單歸因于DSA間的協同作用，限制了DSA催化劑的進一步發展。因此，DSA間電荷作用的可視化及其在電催化還原CO2過程中的反應動力學行為對于CO2RR的深入機理研究至關重要。針對這一問題，課題組基于金屬原子電負性的理論分析，提出一種DSA電負性補償的概念及實驗方法。該研究以理論計算為導向，選取具有相似電負性原子Cu (電負性1.90)，Ni (電負性1.91)構建CuN4-NiN4雙單原子模型，理論分析表明Cu與Ni兩者間存在的電荷補償效應能夠產生顯著的電荷重排，所提出的CuN4-NiN4構型相較于單原子位點表現出更低的反應能壘。
為了實現CuNi-DSA的可控合成，課題組以靜電紡絲納米纖維(electrospun nanofibers)為反應模板，利用化學氣相沉積法(CVD)制備得到負載于碳納米纖維上的CuNi-DSA催化劑(CuNi-DSA/CNFs)，建立與理論計算一致的CuN4-NiN4DSA模型催化劑。電化學性能測試表明CuNi-DSA/CNFs的最優FECO能夠達到99.6%且展現出超過25 h的穩定性，原位拉曼表明CuNi-DSA/CNFs能夠提高對反應中間體*COOH的結合能。此外，所制備的CuNi-DSA/CNFs催化劑在CO2-Zn電池方面表現出良好的應用前景。DFT計算表明電荷補償效應能夠降低CuN4-NiN4-*COOH的d帶中心，提高其未占用電子態，從而利于CO2分子的氫化重構，此外，COHP結果表明CuN4-NiN4能夠增強與*COOH的結合能。進一步利用CI-NEB計算對*CO2-*COOH反應動力學進行研究，CuN4-NiN4所具有的電荷補償效應能夠促進決速中間體*COOH的形成，從而利于CO的生成。
上述研究得到國家自然科學基金（52073124, 51803077)、江蘇省自然科學基金（BK20180627）、中國博士后基金（2018M630517, 2019T120389）、江南大學至善青年學者計劃等項目的資助。
中華人民共和國國家發展和改革委員會 中華人民共和國工業和信息化部 中華人民共和國應急管理部 中華人民共和國生態環境部 中華人民共和國科學技術部 中華人民共和國財政部 中華人民共和國商務部 中國石油和化學工業聯合會
江蘇省發展和改革委員會 江蘇省工業和信息化廳 江蘇省財政廳 江蘇省生態環境廳 江蘇省科學技術廳 江蘇省商務廳 江蘇省應急管理廳 江蘇省市場監督管理局 江蘇省統計局
北京市化學工業協會 天津市石油和化工協會 遼寧省石油和化學工業協會 內蒙古石油和化學工業協會 重慶市石油與天然氣學會 河北省石油和化學工業協會 山西省化學工業協會 吉林省能源協會 黑龍江省石化行業協會 浙江省石油和化學工業行業協會 安徽省石油和化學工業協會 福建省石油和化學工業協會 江西省石油和化學工業協會 河南省石油和化學工業協會 湖北省石化行業協會 湖南省石油化學工業協會 廣東省石油和化學工業協會 海南省石油和化學工業行業協會 四川省化工行業協會 貴州省化學工業協會 云南省化工行業協會 陜西省經濟聯合會 甘肅省石化工業協會 青海省化工協會
電話：協會：025-8799064 學會：025-86799482
會員服務部：025-86918841
信息部：025-86910067
傳真：025-83755381
郵箱：jshghyxh@163.com
郵編：210019
地址：南京市夢都大街50號東樓(省科技工作者活動中心)5樓
增值電信業務經營許可證：蘇B2-20110130
備案號：蘇ICP備13033418號-1
