三天两篇JACS,北大马丁团队在制氢领域取得成果丰硕!

三天两篇JACS,北大马丁团队在制氢领域取得成果丰硕!
名师简介
三天两篇JACS,北大马丁团队在制氢领域取得成果丰硕!
马丁博士,2005-2007,副研究员/中国科学院百人计划,中科院大连化学物理研究所;2007-2009,研究员,中科院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室;2009-至今,北京大学化学与分子工程学院研究员/教授。课题组主页:www.chem.pku.edu.cn/mading
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研究兴趣
针对能源和环境中的催化问题,在环境友好、资源合理利用的前提下,对于催化剂结构在原子尺度进行调变和操控,从而达到构建新型高效催化剂体系的目的。研究工作集中围绕能源相关的催化反应进行,着力于发展新的催化体系,结合operando表征手段来解决催化过程中的重要科学问题,包括:1)煤基/生物质基/天然气基合成气的催化转化:合成气和二氧化碳转化新路线的催化剂设计和反应机理研究;2)氢气制备和输运新催化剂过程设计;3)甲烷(页岩气)活化的新路径研究;高值化学品催化合成新体系;
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荣誉奖励
2019年:北京大学十佳导师;腾讯科学探索奖;中国化学会-巴斯夫青年知识创新奖;上海光源杰出用户奖;国家自然科学奖二等奖(第四完成人);
2018年:教育部长江学者特聘教授;中组部万人计划创新领军人才;2017年:中国科学十大进展;国家杰出青年基金获得者;中国催化青年奖;
2016年:英国皇家化学会会士;
2014年:王选青年学者奖;
2013年:北京大学青年教师教学比赛一等奖;
2012年:国家优秀青年基金获得者。
近期,《美国化学会志》(Journal of the American Chemical Society, JACS)分别在12月28日和12月31日登出该团队在制氢领域取得的成果。下面,对这两篇成果进行简要的介绍,以供大家学习和了解!
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非贵金属催化最高析氢活性!原子分散Ni/α-MoC催化剂从甲醇/水中制氢气

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甲醇-水重整法是一种很有前途的生产和运输氢气的方法。然而,开发具有足够高活性、选择性和稳定性的廉价催化剂仍然具有挑战性。
基于此,北京大学马丁教授、中国科学院大学周武研究员和内蒙古大学高瑞研究员(共同通讯作者)等人报道了一种由面心立方(fcc)相α-MoC负载镍(Ni)原子的新型复合催化剂(Ni/α-MoC),其可以有效地催化甲醇-水重整反应,在低于240 ℃的水溶液中具有高活性和选择性。Ni原子分散在α-MoC表面,通过碳桥键在α-MoC基体上形成孤立的Ni位点,从而形成具有超高活性位点密度和结构稳定性的Ni1-Cx基序(高达2 wt%的Ni负载量)。其中,2%Ni/α-MoC催化剂在240 ℃的温度下,具有171 μmolH2/gcat/s(ATOF=1805 h-1)的高析氢活性,比传统的2%Pt/Al2O3催化剂的析氢速率高出6倍左右,是目前报道的析氢活性最高的非贵金属催化剂。研究发现,在原子分散的Ni上进行有效的C-H键解离和CO重整以及在以Mo为末端的α-MoC上进行高效的O-H活化具有出色的协同作用,是该反应具有优异催化性能的关键。此外,Ni1-Cx基序与α-MoC之间的协同作用产生了一种活性界面结构,可用于水分解、甲醇活化和具有相容活性的连续重整过程。
Lili Lin et al. Atomically Dispersed Ni/α-MoC Catalyst for Hydrogen Production from Methanol/Water. J. Am. Chem. Soc., 2020, DOI: 10.1021/jacs.0c10776.
https://doi.org/10.1021/jacs.0c10776
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最佳金属标准化活性!CoNi催化剂与α-MoC协同高效且稳定的制氢

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基于前期研究成果,作者发现通过与α-MoC的强金属-载体相互作用可调控金(Au)和铂(Pt)的几何和电子特性,可在303 k温度下活化水并保持羟基物种的高表面覆盖率,且在低温水煤气变换和甲醇重整反应中表现出非凡的活性。α-MoC的这些独特性质促使作者探索其表面羟基在其它催化反应中的应用。
基于此,北京大学马丁教授、浙江大学姚思宇研究员和中国科学院大学周武研究员(共同通讯作者)等人报道了一种负载在α-MoC上的高分散CoNi双金属催化剂(CoNi/α-MoC),该复合催化剂可以通过氨硼烷(NH3·BH3, AB)的高效水解来制氢。其中,1.5Co1.5Ni/α-MoC催化剂(在α-MoC上负载1.5 wt%Co和1.5 wt%Ni)在25 °C时的金属标准化活性达到了128.5 molH2·mol-1CoNi·min-1,分别比单金属3Co/α-MoC和3Ni/α-MoC催化剂高出了3.2和3.6倍。研究发现,1.5Co1.5Ni/α-MoC的催化性能提高是由于几乎原子分散的Co和Ni原子之间具有协同作用。此外,将反应介质从中性改为碱性时,其最佳金属标准化活性甚至达到了321.1 molH2·mol-1CoNi·min-1,超过了已报道的所有非贵金属催化剂,同时达到了工业Pt/C催化剂的4倍以上。该研究结果为低温水解和制氢反应中具有高度分散的非均相活性中心以及协同作用的催化剂的设计和应用提供了新的见解。
Yuzhen Ge et al. Maximizing the Synergistic Effect of CoNi Catalyst on α-MoC for Robust Hydrogen Production. J. Am. Chem. Soc., 2020, DOI: 10.1021/jacs.0c11285.

https://doi.org/10.1021/jacs.0c11285

原创文章,作者:Gloria,如若转载,请注明来源华算科技,注明出处:https://www.v-suan.com/index.php/2023/10/24/e82ba6fd27/

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