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背景
電化學(xué)CO2還原（ECR）為增值化學(xué)品和燃料是同時實現(xiàn)碳固定和可再生能源存儲的一項前景廣闊的技術(shù)。就ECR催化劑來說，銅是唯一一種能夠直接催化C–C偶聯(lián)進而生產(chǎn)多碳產(chǎn)物的金屬。然而，銅催化劑所缺乏的足夠活性、選擇性和穩(wěn)定性使得該CO2至多碳的轉(zhuǎn)化技術(shù)并不足以實際應(yīng)用?；趶V泛研究的成果，含銅納米晶體電催化劑不僅通常表現(xiàn)出比塊體材料更好的催化性能，而且它們明確的結(jié)構(gòu)和高度可調(diào)的元素組成能夠促進深入的機制研究，進而指導(dǎo)高性能電催化劑的進一步設(shè)計和開發(fā)，因此在近些年備受青睞。 02 成果展示 近期，重慶大學(xué)黃建峰教授與沙特阿卜杜拉國王科技大學(xué)韓宇教授等人就近年含銅納米晶用于ECR的相關(guān)研究進行了回顧、總結(jié)和展望（圖1）。作者首先介紹了一些典型產(chǎn)物的形成機理、催化劑性能的評估方式和反應(yīng)裝置等，從而協(xié)助讀者獲取對ECR的基本了解。其次，將含銅納米晶體分為四大類，包括單金屬銅、含銅雙金屬/多金屬、含銅化合物和銅-氧化物復(fù)合物；并詳細討論了各類納米晶體的ECR催化作用機制，以及針對銅材料不穩(wěn)定的特性深入分析銅納米晶體的結(jié)構(gòu)重構(gòu)機制。在論文的最后部分，總結(jié)了當(dāng)前含銅納米晶用作ECR電催化劑的研究現(xiàn)狀和面臨的挑戰(zhàn)，以及就該領(lǐng)域未來的可能發(fā)展方向和機遇進行了展望。 該綜述以“Copper-comprising nanocrystals as well-defined electrocatalysts to advance electrochemical CO2 reduction” 為題發(fā)表在Journal of Energy Chemistry 上。 圖1. 含銅納米晶用于電化學(xué)CO2還原 03 從納米晶的結(jié)構(gòu)調(diào)控關(guān)鍵中間體的吸附的角度出發(fā)，作者詳細地探討了包括單金屬銅納米晶的尺寸、晶面、缺陷和晶相，含銅雙金屬/多金屬納米晶的電子效應(yīng)、幾何效應(yīng)、串聯(lián)催化和協(xié)同效應(yīng)，含銅化合物納米晶的Cuδ+ 物種，以及銅-氧化物復(fù)合物納米晶的協(xié)同界面作用等在內(nèi)因素對ECR性能的影響，深入地闡釋了各類納米晶體的結(jié)構(gòu)特征、催化作用機制及在ECR過程中所表現(xiàn)出的典型催化效應(yīng)（如圖2）。 圖2. 一些含銅納米晶的結(jié)構(gòu)表征、催化效應(yīng)和作用機制 鑒于銅原子的低電負性和高遷移性，作者還深入分析了銅納米晶催化劑的常見結(jié)構(gòu)重構(gòu)機制，包括顆粒燒結(jié)和顆粒分割等，以及由此所導(dǎo)致的ECR性能的變化（如圖3）。 圖3. 含銅納米晶的結(jié)構(gòu)重構(gòu)（顆粒燒結(jié)和顆粒分割） 04 小結(jié) 該綜述仔細研究了基于含銅納米晶催化劑的ECR，利用這些結(jié)構(gòu)明確的納米顆粒作為模型平臺，獲取對該復(fù)雜反應(yīng)的基本理解并確定催化活性位點；同時，展望了含銅納米晶催化劑種類的擴展、活性位點的識別和穩(wěn)定以及這些納米晶體工業(yè)操作的探索等方面的挑戰(zhàn)和機遇，希望能夠為合理設(shè)計和開發(fā)高效的面向高附加值化學(xué)品的ECR電催化劑提供有益的指導(dǎo)。 文章信息 "Copper-comprising nanocrystals as well-defined electrocatalysts to advance electrochemical CO2 reduction" Jianfeng Huang*, Tianyi Yang, Ke Zhao, Shuangqun Chen, Qin Huang, Yu Han* Journal of Energy Chemistry 62 (2021) 71–103 DOI: 10.1016/j.jechem.2021.03.009 作者簡介 黃建峰博士于2015年從沙特阿卜杜拉國王科技大學(xué)(KAUST)獲得博士學(xué)位。隨后，赴瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院(EPFL)開展博士后研究工作。2019年，通過國家海外高層次人才引進計劃青年項目受聘為重慶大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師。主要從事能源相關(guān)的膠體納米材料研究。目前在國際期刊發(fā)表包括第一作者 Nat. Nanotech., Nat. Commun., JACS, Nano Lett.等在內(nèi)多篇論文, 并擔(dān)任Adv. Mater., Adv. Funct. Mater., Nano Energy, ACS Catal.等多家期刊審稿人。 韓宇博士為沙特阿卜杜拉國王科技大學(xué)化學(xué)化工系教授。研究領(lǐng)域包括納米孔材料的合成及應(yīng)用、多相催化、氣體分離、電子顯微鏡弱光成像技術(shù)等，主要研究專長包括復(fù)雜結(jié)構(gòu)孔材料、低維和分級異質(zhì)結(jié)構(gòu)金屬材料的設(shè)計合成和顯微結(jié)構(gòu)表征，以及在非均相催化中的應(yīng)用；超低劑量電子顯微技術(shù)的發(fā)展以及在電子束敏感材料結(jié)構(gòu)研究中的應(yīng)用。迄今為止，發(fā)表學(xué)術(shù)論文200余篇，其中包括權(quán)威期刊如Nature, Science, Nat Nanotechnol, Nat Chem, Nat Mater, Nat Commun, JACS, Angewante Chemie, Advanced Materials等，總引用次數(shù)超過17,000，H-index為66。韓宇教授2004年被麻省理工學(xué)院《科技評論》雜志評選為百名青年發(fā)明家，2006年獲新加坡青年科學(xué)家獎；2008年獲Thomson Reuters Research Fronts Award (湯姆遜研究前沿獎)；2016年被評為中國教育部長江學(xué)者講
