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近日，東北石油大學(xué)王寶輝吳紅軍教授團(tuán)隊(duì)博士研究生李志達(dá)同學(xué)在單原子催化劑研究領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。相關(guān)成果以“Size-dependent Ni-based electrocatalysts for selective COreduction（鎳基催化劑在二氧化碳還原中的尺寸效應(yīng)）”為題在線發(fā)表于國(guó)際化學(xué)領(lǐng)域頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊（影響因子：12.959）。吳紅軍教授與美國(guó)圣地亞哥州立大學(xué)（San Diego State University，USA）化學(xué)系Jing Gu博士為共同通訊作者，東北石油大學(xué)為第一通訊單位，這是我校首次以第一單位在該學(xué)術(shù)雜志發(fā)表相關(guān)研究成果。

圖1 Ni單原子合成示意圖及STEM表征

隨著能源、環(huán)境與氣候變化問(wèn)題的日益突出，溫室氣體二氧化碳減排及資源化利用早已成為科學(xué)界經(jīng)久不衰的研究熱點(diǎn)之一。過(guò)渡金屬Ni是重要的催化劑材料，具有良好的氧化還原催化活性，但鮮有報(bào)道將其用于二氧化碳還原反應(yīng)。近十年來(lái)，單原子催化劑迅速興起并成為催化領(lǐng)域的前沿和熱點(diǎn)，許多金屬在尺寸降至原子級(jí)別時(shí)，表現(xiàn)出十分神奇的特性。王寶輝吳紅軍教授團(tuán)隊(duì)與Jing Gu博士團(tuán)隊(duì)等在Ni單原子的合成及其電催化機(jī)制領(lǐng)域開(kāi)展了大量探索研究，發(fā)現(xiàn)Ni單原子二氧化碳還原具有極高的選擇性和穩(wěn)定性。然而，目前關(guān)于Ni催化劑尺寸與二氧化碳電催化選擇性之間的構(gòu)效關(guān)系仍然缺乏系統(tǒng)深入的認(rèn)知。研究團(tuán)隊(duì)在Ni納米顆粒尺寸效應(yīng)影響二氧化碳電催化選擇性產(chǎn)一氧化碳研究領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，調(diào)控制備了尺寸10~100 nm的Ni顆粒，明確了二氧化碳還原性能與Ni顆粒的尺寸密切相關(guān)：小尺寸的Ni顆粒，表面配位數(shù)較少，活性位點(diǎn)數(shù)量更多，3d軌道電子更接近費(fèi)米能級(jí)，同時(shí)對(duì)二氧化碳還原反應(yīng)的選擇性遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于大尺寸的Ni顆粒。該研究有望為研發(fā)高活性、高穩(wěn)定的原子簇催化劑提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)和理論指導(dǎo)。

圖2 不同尺寸Ni金屬催化劑的電化學(xué)性能

據(jù)悉，王寶輝吳紅軍教授團(tuán)隊(duì)多年從事環(huán)境和能源低碳轉(zhuǎn)化領(lǐng)域的研究，已在Appl Catal B-Environ（影響因子：16.683）、Chem Eng J（影響因子：10.652）、Green Chem（影響因子：9.48）、Carbon（影響因子：8.821）、J Power Sources（影響因子：8.247）等期刊發(fā)表研究成果150余篇。

文章鏈接：https://doi.org/10.1002/anie.20200031