綠色電催化轉(zhuǎn)化技術(shù)可以利用電能來驅(qū)動化學(xué)反應(yīng)，而不依賴于傳統(tǒng)化石燃料。這種方法可以顯著減少二氧化碳等溫室氣體的排放，從而有助于減緩全球氣候變化。綠色電催化轉(zhuǎn)化技術(shù)在促進清潔能源發(fā)展、減少環(huán)境污染以及實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展方面具有重要意義，是未來能源與環(huán)境領(lǐng)域的重要技術(shù)方向。近期，新能源學(xué)院杜淼教授團隊與材料與化學(xué)工程學(xué)院張治紅教授團隊在能源領(lǐng)域TOP期刊《Advanced Science》和《Small》雜志上發(fā)表系列電催化轉(zhuǎn)化氧氣和氮氣為高附加值產(chǎn)品的研究論文。
研究團隊以生物質(zhì)姜黃素為配體，合成Zn-MOF并進一步轉(zhuǎn)化為多孔石墨烯負(fù)載的Co-O4單原子催化劑（Co-O4@PC）。富缺陷和多孔的Co-O4@PC電催化劑在0.6 V驅(qū)動電壓下可將氧氣實現(xiàn)98.8%兩電子還原反應(yīng)。同時，利用組裝的流動型電解池實現(xiàn)了0.25 molg-1cath-1的過氧化氫合成。進一步，原位電合成的過氧化氫可實現(xiàn)對羅丹明B染料的有效降解和金黃色葡萄球菌的高效滅菌。該工作以題《Single-Atom Co─O4 Sites Embedded in a Defective-Rich Porous Carbon Layer for Efficient H2O2 Electrosynthesis》發(fā)表在《Small》（影響因子:13.0）文章鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202310468
Co-O4@PC電催化劑的合成及流動型電解池合成H2O2
除氧氣的電還原利用外，氮氣相比氧氣，在空氣中占比更高，但是由于N≡N鍵能高，難以電催化轉(zhuǎn)化。因此，開發(fā)高效的電催化氮氣還原反應(yīng)的催化劑十分必要。團隊以過渡金屬中自旋態(tài)調(diào)控為出發(fā)點，通過溶液等離子方法，制備出納米片結(jié)構(gòu)的Co9S8/Nb2CTx-P電催化劑。該催化劑在酸性和中性電解質(zhì)中實現(xiàn)了氮氣電還原合成氨，在酸性電解質(zhì)中氨合成效率達(dá)到62.62 μg h-1 mgcat.-1，法拉第效率30.33%。在堿性電解質(zhì)中氨合成效率為41.47 μg h-1 mgcat.-1，法拉第效率為23.19%。該工作為電催化氮氣轉(zhuǎn)化催化劑的設(shè)計提供了參考。本工作以題《Spin Manipulation of Co sites in Co9S8/Nb2CTx Mott–Schottky Heterojunction for Boosting the Electrocatalytic Nitrogen Reduction Reaction》發(fā)表在《Advanced Science》 (影響因子:14.3)文章鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.202407301
Co9S8/Nb2CTx-P電催化劑的合成及自旋結(jié)構(gòu)調(diào)控策略促進氮氣活化
以上研究成果得到了國家自然科學(xué)基金(U21A20286)，河南省高等學(xué)校重點科研項目計劃基礎(chǔ)研究專項(23ZX001)和河南省自然科學(xué)基金交叉學(xué)科創(chuàng)新研究群體項目(232300421005)的支持。（通訊員：張帥）
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