二氧化碳（CO2）加氢反应引起了研究人员的广泛关注，但目前存在的活性差、选择性低、结构-性能关系不明确等缺点，促使他们寻求高效催化剂。近日，厦门大学黄小青教授、广东工业大学徐勇教授和苏州大学王璐教授（共同通讯作者）等人报道了一种利用具有丰富N位点的功能载体C3N4来锚定Cu单位点，用于在70-150 ℃的低温范围内进行CO2加氢反应。通过简单地改变处理条件，可以得到Cu单原子催化剂（Cu SAC）的配位结构，即Cu-N4和Cu-N3结构。实验结果表明，Cu-N3 SAC的CO选择性为94.3%，而Cu-N4 SAC在反应温度为150 ℃下的CH3OH选择性为95.5%，且CH3OH生产率为4.2 mmol g-1 h-1。值得注意的是，Cu-N4 SAC的CH3OH生产率已超过最先进的Cu-ZnO/Al2O3（1 mmol g-1 h-1）的3.2倍。此外，Cu-N4 SAC表现出良好的稳定性，连续5次循环后CH3OH生产率不会下降，结构也不会发生变化。进一步的研究表明，CO2加氢分别遵循通过甲酸盐途径在Cu-N4 SAC上形成CH3OH、通过逆水煤气变换（RWGS）途径在Cu-N3 SAC上形成CO。该工作不仅为CO2在温和条件下加氢生成CH3OH提供了有效的SAC，而且为研究催化剂的结构-性能关系提供了新的启示。Coordination tailoring of Cu single sites on C3N4 realizes selective CO2 hydrogenation at low temperature. Nature Communications, 2021, DOI: 10.1038/s41467-021-26316-6.https://doi.org/10.1038/s41467-021-26316-6.
02
苏大&厦大&亚利桑那州立：铱金属氧化物助力酸性OER
探索新材料在材料科学领域是必不可少的。特别是，寻找具有最大原子利用率、理想活性和理想稳定性的催化应用最佳材料需要材料结构的智能设计。近日，苏州大学邵名望教授、李有勇教授和邵琪副研究员，厦门大学黄小青教授以及美国亚利桑那州立大学杨世赜研究员（共同通讯作者）等人报道了一种通过机械化学和强碱性介质中的热处理相结合的合成策略，合成了金属氧化铱烯：1T相-二氧化铱（1T-IrO2），并应用于电化学催化水氧化反应。该材料在酸性电解质中以10 mA cmgeo-2的速度表现出较高的OER活性，过电位低至197 mV。在1.50 V vs RHE电压下，其实现了4.2 sUPD-1（3.0 sBET-1）的高转换频率（TOFs）。此外，1T-IrO2在质子交换膜装置中以250 mA cmgeo-2的高电流密度下经126 h计时电位测量后也仅显示出少量降解。通过密度泛函理论（DFT）计算表明，1T-IrO2中的Ir活性位在*OH形成过程中提供了最佳的自由能，使得OER中随后的*OH解离或*O形成的典型电位限制步骤被显著促进，从而提高了性能。这种1T-氧化金属烯材料的发现将为催化和其他应用提供新的机会。Iridium metallene oxide for acidic oxygen evolution catalysis. Nat. Commun., 2021, DOI: 10.1038/s41467-021-26336-2.https://doi.org/10.1038/s41467-021-26336-2.
