近日,，我校化學(xué)化工學(xué)院新能源研究所郁志新團(tuán)隊圍繞“雙碳”總目標(biāo),，開發(fā)了系列多功能高效電催化劑,，在電解水制氫、氣體污染物C-N偶聯(lián)產(chǎn)尿素等領(lǐng)域有重要應(yīng)用潛力,，相關(guān)結(jié)果在《Journal of Materials Chemistry A》, 《Energy & Fuels》等一區(qū)TOP期刊,，關(guān)于電化學(xué)CO2還原的工作綜述發(fā)表在清潔生產(chǎn)領(lǐng)域高影響力期刊《Journal of CO2 Utilization》。

第一作者：盧松

通訊作者：盧松 (紹興文理學(xué)院),，郁志新 (紹興文理學(xué)院)  

發(fā)表期刊：Journal of Materials Chemistry A

期刊Impact Factor：11.9

第一單位：紹興文理學(xué)院

論文DOI: 10.1039/D4TA02463J

　　開發(fā)高性能的HER/OER/ORR電催化劑用于水分解產(chǎn)氫以及燃料電池具有重要意義,。在這個工作中, 通過密度泛函理論計算預(yù)測了一種新型的卟啉(以噻吩作為連結(jié)劑)催化劑。得到了Co, Rh 和 Ir-N4/TP 催化劑表現(xiàn)出對OER/ORR低的過電勢,。其中Co-N4/TP表現(xiàn)出 0.07/0.24/0.42 V過電位, 能夠作為一種三功能催化劑用于水全分解和氧還原反應(yīng),。反應(yīng)動力學(xué)能壘表明Co-N4/TP遵循Volmer-Heyrovsky 機(jī)制。此外, 在這三種催化劑上, 二電子反應(yīng)產(chǎn)物H2O2 也能夠被抑制,。催化劑的穩(wěn)定性通過結(jié)合implicit solvent 與constant potential methods 來評估,。結(jié)果表明在實際工況下-1.50 V (vs. RHE), 金屬原子并不會發(fā)生團(tuán)聚, 表明了優(yōu)異的穩(wěn)定性。在活性起源方面, 金屬中心的氧化, 體系磁性與OER/ORR催化活性密切相關(guān),。最終通過機(jī)器學(xué)習(xí)對本征性質(zhì)進(jìn)行優(yōu)化, 得到d 帶中心與HER 性能相關(guān), 但在OER/ORR, 每個中間產(chǎn)物對應(yīng)的本征性質(zhì)是變化的,。

圖1. OER/ORR 反應(yīng)過程, 反應(yīng)過電位, 反應(yīng)吉布斯自由能變

圖2. OER/ORR 反應(yīng)中間產(chǎn)物自由能變的標(biāo)度關(guān)系, 過電位的火山圖

第一作者：盧松

通訊作者：盧松 (紹興文理學(xué)院)

發(fā)表期刊：Energy & Fuels

期刊Impact Factor：5.3

第一單位：紹興文理學(xué)院

論文DOI: 10.1021/acs.energyfuels.4c01378

　　當(dāng)前尿素是通過CO2與NH3在高溫高壓條件下合成的, 這一過程不僅耗能極大且不環(huán)保。因此, 探索高性能的電催化劑在常溫常壓下用于尿素合成具有重要意義,。在這個工作中, 基于密度泛函理論計算, 作者構(gòu)建了一系列雙原子催化劑, 以兩種氣體污染物(NO 與CO)作為N 源與C源進(jìn)行C-N偶聯(lián)產(chǎn)尿素,。結(jié)果表明穩(wěn)定吸附的NO 與CO 能夠促進(jìn)C-N 偶聯(lián)以及連續(xù)的氫化反應(yīng)。通過篩選, CoZn, CoCu, and FeZn@N6/C 催化劑能夠持續(xù)的接受質(zhì)子/電子對, 實現(xiàn)尿素的生成, 分別表現(xiàn)出?0.27, ?0.30, 和 ?0.60 V 的過電位,。同時尿素產(chǎn)生是遵循 alternative 機(jī)制 ,。此外, 引入溶劑化效應(yīng)與恒電勢模型探索了在真實反應(yīng)條件下C-N耦合動力學(xué)能壘, 只有0.75 eV,。競爭性反應(yīng)如HER 與NRR 也得到了很好的抑制。因此表現(xiàn)出產(chǎn)尿素的高選擇性在這三種電催化劑上,。

圖1. NO 與 CO偶聯(lián)產(chǎn)尿素路徑, 吸附能

圖2. NO 與 CO偶聯(lián)產(chǎn)尿素反應(yīng)自由能變與對應(yīng)的結(jié)構(gòu)

綜述論文

第一作者：盧松

通訊作者：Sachin Maruti Chavan (University of Stavanger), 郁志新 (University of Stavanger)

發(fā)表期刊：Journal of CO2 Utilization (中科院2區(qū))

期刊Impact Factor：7.7

第一單位：紹興文理學(xué)院

論文DOI: 10.1016/j.jcou.2024.102690

　　電化學(xué)CO2還原是一種有前途的實現(xiàn)碳中和的技術(shù),。近年來研究表明，由于具有電子結(jié)構(gòu)可調(diào),、原子利用率高,、活性位點均勻等優(yōu)點, 過渡金屬原子作為單原子催化劑被廣泛用于電催化CO2還原。在各種還原產(chǎn)物中,，CO是一種重要的化學(xué)原料,，可用于一些重要的過程, 如費托生產(chǎn)一系列的化學(xué)品和燃料。然而, 很少有相關(guān)的文獻(xiàn)關(guān)注過渡金屬原子作為電催化CO2到CO的單原子催化劑,。因此我們對最近幾年關(guān)于金屬原子催化劑用于電催化CO2到CO進(jìn)行一個簡短綜述,。首先, 我們強(qiáng)調(diào)了單原子和CO產(chǎn)物的優(yōu)勢。然后, 我們總結(jié)了CO2到CO中單原子 (Mn, Fe, Co, Ni, Cu和Zn)的最新進(jìn)展,，重點介紹了活性中心的構(gòu)型,。最后, 對CO2到CO過渡金屬單原子的未來發(fā)展提出了建議。

第一作者簡介

　　盧松, 化學(xué)化工學(xué)院教師, 2023年10月博士畢業(yè)于University of Stavanger, 同年12月加入紹興文理學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院 新能源研究所,。曾獲得2022年國家優(yōu)秀自費留學(xué)生獎學(xué)金,。主要研究方向為基于密度泛函理論計算催化反應(yīng)。以第一作者在Small, ChemSusChem, Journal of Materials Chemistry A 等期刊發(fā)表多篇論文,。