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我所在Advanced Materials上发表“铠甲”催化工作进展报告
  www.dicp.cas.cn    发布时间:2017-10-30    供稿部门:502组
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  我所催化基础国家重点实验室邓德会研究员、包信和院士团队在铠甲催化方面的研究工作受到了国际同行的广泛关注,近期受邀在Advanced Materials上发表题为“Robust Catalysis on 2D Materials Encapsulating Metals: Concept, Application, and Perspective”(DOI: 10.1002/adma.201606967)的综述文章。

  采用廉价和储量丰富的非贵金属替代稀有的贵金属作为催化剂,实现重要能源和化工过程的高效转化是当今催化科学和化学化工研究的热点。然而在一些苛刻的反应条件下,非贵金属的稳定性是一个亟待解决的问题。我所邓德会和包信和带领的研究团队在长期深入研究纳米催化的基础上,通过创新纳米催化剂的制备策略和合成方法,成功实现了石墨烯对3d过渡金属纳米粒子的包裹和封装。实验研究和理论模拟表明,在催化反应过程中,活性金属纳米粒子催化剂在纳米碳空腔中的封装阻断了其与苛刻反应环境(如强酸、强碱等强腐蚀性环境)的直接接触,有效地延缓和阻止了催化剂的失活,同时,被包裹的纳米金属的活性价电子通过与类石墨烯碳层的相互作用“穿透(penetration)”到石墨烯外表面,实现了高效催化反应。相关原理得到了国际同行的认可,并被形象地描述成为催化剂“穿铠甲”(chainmail for catalyst)(Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 371; Nat. Nanotechnol.2016,11,218)。

  近年来,“铠甲”催化的概念得到了迅速拓展,围绕这一概念国内外众多课题组相继在电催化、光催化、传统多相催化等体系进行研究。作为这一概念的首创团队,邓德会和包信和带领的研究团队进行了系统深入的研究,相关研究一直处在引领地位。在燃料电池阴极氧还原反应(J. Mater. Chem. A 2013, 1, 14868),电解水析氢(Energy Environ. Sci. 2014, 7, 1919; Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 2100)、析氧反应(Energy Environ. Sci. 2016, 9, 123),染料敏化太阳能电池(Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 7023),锂—氧电池(Nano Energy 2016, 30, 877),合成气转化反应(Chin. J. Catal. 2015,36, 1631)等能源小分子转化利用领域取得系列重要进展。另外,利用光电发射电子显微镜(PEEM)和Soft X-ray等成像技术直接观察到活性金属对碳层表面电子结构的调变,并结合理论计算阐明了金属-碳相互作用的本质(Chem. Sci. 2015, 6, 3262),加深了对“铠甲”催化概念的理解和认识。

  以上研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金委、中科院纳米先导专项、中科院前沿科学重点研究项目和教育部能源材料化学协同创新中心(2011·iChEM)等的资助。(文/图 邓浇)

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