上海工程技术大学研究生院，上海工程技术大学
近期，上海工程技术大学化学化工学院安炜教授课题组在化学工程与技术学科工业催化学科方向中收获最新成果，在电催化二氧化碳还原反应（CO2RR）的理论研究中取得重要进展。2019级硕士研究生何苗苗为第一作者，安炜教授为通讯作者，在工程技术和纳米科学领域国际权威期刊《Small》上（系中科院SCI分区工程技术大类一区Top期刊，IF= 13.281）发表题为“Hybrid Metal–Boron Diatomic Site Embedded in C2N Monolayer Promotes C–C Coupling in CO2 Electroreduction”的研究论文(DOI: 10.1002/smll.202104445)，该论文还同时入选《Small》的“C-C Coupling”和“Carbon Dioxide” 两个“Hot Topic”。
电催化二氧化碳还原反应（CO2RR）可在温和环境条件下，将重要温室气体之一的CO2直接转化为高附加值燃料和化学品，当使用可再生电力驱动反应时，可成为实现可持续化学和能源未来的一种可行解决方案，对助力达成我国“3060双碳目标”有重要现实意义。二维碳基材料用于CO2RR的实验和理论研究是当前的国际热点，其中就包括著名的单原子催化剂(SAC)，而作为SAC的一个增强平台，双原子催化剂(DAC)因其双原子活性位点的多功能调节和协同效应而备受关注，通常研究的是金属(M)-金属(M)双原子位点，很少研究金属-非金属组合位点，甚至此类活性位点是否真正具备电催化活性也未可知。
为此，通过对有实验依据的M@X-C2N（M=Fe、Co、Ni和Cu；X=S、P和B）上CO2RR的密度泛函理论系统计算研究，证实了杂化M–B双原子活性位点在驱动CO2RR特别是C–C耦合方面的功能优于单或双M中心；其中，Fe@BC2N(μ=2 μB)在C-C耦合中的自由能垒最低（0.17 eV），而Ni@BC2N(μ=0 μB)主要产生CH4，最低势垒为0.42 eV。因此，M的电子自旋态在调节CO2RR中的选择性和C–C耦合势垒方面颇为重要。同时，文章预测了Fe@BC2N为CO2RR主要生成C2+产物有前途的催化剂，部分原因即是其增强的自旋电子态，上述新发现无疑丰富了在环境条件下运行的电催化剂的设计策略。
安炜教授2015年6月入现职以来，在可持续化学和能源转化中催化反应的理论研究中取得系列重要进展，已经在“中国科技期刊卓越行动计划”重点建设“领军期刊”《Nano Research》 (一区，IF=8.897), 《Journal of Catalysis》 (一区，IF=7.920), 《ACS Sustainable Chemistry & Engineering》 (一区，IF= 8.198), Journal of Power Sources (一区，IF= 9.127)，《Journal of Energy Chemistry》 (一区，IF=9.676)等领域内一、二区Top期刊上发表通讯/第一作者论文27篇。主持结题国家自然科学基金面上项目和上海自然科学基金面上项目各一项，培养硕士研究生20名，联合培养博士生1名，其中3名硕士毕业生赴国内外知名学校攻读博士学位。
上述工作受益于国家自然科学基金(21673137)、上海自然科学基金(16ZR1413900)和美国布鲁克海文国家实验室功能纳米材料中心的支持。
来源：上海工程技术大学
论文链接
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202104445?af=R
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