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                学科建设

                学科建设

                化学化工学院安炜教授团队在《ACS Sustainable Chemistry & Engineering》等国际知名期刊发表系列研究成果

                时间:2020-02-06浏览:825来源:化工学院、研究生处作者:

                化学化工学院计算化学创新学科团队安炜教授指导研究生采用密度泛函理论(DFT)计算╳和微观动力学(MK)模拟相结合的方法,近期在可持续化学和能源转化中催化反应的理论研究中取得一系列重要进展,以我校为第一单位和第一通讯单位,在国际知名期刊上发表多篇高水平SCI研究论文,主要成果如下。

                1. 二氧化碳电还原反应(CO2RR)

                将温室气体二氧化碳(CO2)转化为高附加值燃料和化学品,可以降低对石油路线生产燃料和化学品的依赖度,同时有助于缓解全球气候变暖持续恶化的趋势。作为催化活化CO2惰性化学键的有效途径,电催化CO2还原反应和金属单原子催化剂(SACs)是目前催化研究领域的国际前沿热点。安炜教授课题组基于前期对M@C2N (M=金属)石墨烯基SACsCO2RR的探索性研究[Nanoscale, 10, 15262-15272(2018), 一区, IF= 6.97],揭示了异金属NiCo@C2N(UL=-0.25V) 双原子活性位上CO2RR生成甲烷的催化性能,优于同金属双原子活性位Co2@C2N(UL=-0.30V)Ni2@C2N(UL=-0.67V), 其内在因素是锚定的双原子活性位内部的协同作用;同时还发现从双原子活性∞位上共吸附反应中间物种出发,CO2RR可存在多个竞争反应通道。研究成果☆以“Synergy of a Metallic NiCo Dimer Anchored on a C2N–Graphene Matrix Promotes the Electrochemical CO2 Reduction Reaction”为题,发表在美国化学会主办的√ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 2019, 7, 19113-19121该期刊为绿色可持续◥发展科学和技术领域的国际知名期刊,中科院SCI期ζ刊分区一区,IF=6.97



                此外,对双金属M@Cu(211)单原子台阶表面合金上CO2RR的研究发现,显式溶剂⌒化模型对评估表面-液体界面处Heyrovsky机制中的水溶剂辅助质子转移至关重要,Ru@Cu(211) (UL=-0.44V) Fe@Cu(211) (UL=-0.65V)电催化CO2生成甲烷优√于Cu(211)(UL=-0.82V),其内在原因是打破了关键反应中间体在活性位〗点上的吸附能耦合比例关系,而*CO*OH吸附能可作为区分不同M@Cu(211)CO2RR活性和选择性的有★效描述符,即前者对应于生成甲烷】或甲醇的理论过ξ电势,后者对应于生成甲烷或甲醇的选择性,据此,利用这两个描■述符可快速筛选高性能CO2RR催化剂。研究成果以“Electrochemical CO2 Reduction Reaction on M@ Cu (211) Bimetallic Single-Atom Surface Alloys: Mechanism, Kinetics and Catalyst Screening”为题,发表在ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 2020, 8, 210-222




                2. 直接甲酸燃料电池(DFAFC)阳极反应

                DFAFC作为质子ζ 交换膜燃料电池的一个子分类,是将甲酸直接注入燃料电池阳〗极进行氧化反应,转化为CO2和水Ψ以产生电能,而甲酸可由◤生物质制取,阳极上电催化甲酸氧化反应(FAO)至关重要,持续改性Pd阳极材料以提高FAO电催化性能是目前的研究热点▓和难点。安炜教授课题组系统研究了Pd基双金◣属合金表面上的FAO反应,预测了Mo@Pd(111)是最具潜力的双金属Pd基催化剂,在所考察※的9M@Pd(111)合金中Mo*CO吸附最弱,*OH吸附最强,据此,它们可作为设计高活性FAO催化剂的有效描述符。研究成果以“Bimetallic Pd-Based Surface Alloys Promote Electrochemical Oxidation of Formic Acid: Mechanism, Kinetics and Descriptor”为题,发表在Elsevier旗下的Journal of Power Sources, 2020, 451, 227830,该期刊为电←池、燃料电池和电化学领域的国际知名期刊,中科院SCI期刊分※区一区,IF=7.47


                  

                3. 苯酚加氢脱氧(HDO)反应

                生物质作为能源版图中仅●次于煤炭、石油和天然气而居于第四位,直接或间接来源于绿色植物的光合作用,取之不尽、用之不竭,是一种¤可再生能源,对它的研究和应用将有益于人类逐渐摆脱对化石能源的过度依赖,但未经催化升级预处理的』生物质油难以用作炼厂原料或成○品燃料。HDO是将♀生物质油中的含氧化合物催化转化为所需烃类产物的重要反应,苯酚可作为木质素生物质︾油的探针◥分子,理论研究苯酚HDO反应,将对♀生物质油催化升级以及涉碳化学键(例如C-O)的催化∏活化新机制、新途径提¤供理论基础。安炜教授课题组基于前期∮的研究基础[Journal of Catalysis, 359, 272-286(2018), 一区, IF=7.72Catalysis Science & Technology, 8, 2146-2158(2018), 二区, IF=5.72 Journal of Physical Chemistry C, 122, 21897?21909 (2018), 二区, IF=4.31],系统研究了各种掺杂金属MPtNi基双金属单▆原子合金表面上苯酚HDO反应的影响,揭示了*OH吸附结合强度可作为金属或合金催化剂脱氧活性的有效描述符,据此,为了获得酚类HDO反应生成苯基烃产物最佳的催化活性,必须考虑M亲氧性的适度平衡,使直接脱氧、加氢脱氧和生成水的反应都能得⊙到同步促进。研究成果以“Hydrodeoxygenation of Phenol over Ni-based Bimetallic Single-Atom Surface Alloys: Mechanism, Kinetics and Descriptor” 为题,发表在英国皇家化学会主办的Catalysis Science & Technology, 2019, 9, 4314-4326,以“Effect of Doped Metals on Hydrodeoxygenation of Phenol over Pt-Based Bimetallic Alloys: Caryl–OH Versus CaliphaticH–OH Bond Scission”为题,发表在美国化学【会主办的Journal of Physical Chemistry C, 2019, 123, 16873-16882



                上述研究工作为快速筛→选和自下而上理性设计高效的目标催化剂提供了理论依据和指导,得到了国家自然科学基金(21673137)、上海市★科委(16ZR1413900)的资助,得到了美国布鲁克海文国家实验室功能纳卐米材料中心超算中心的支持。

                  


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