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精选十篇催化CO2还原顶刊：郑耿峰、李灿、楼文雄、李亚栋等最新成果大盘点

来源：测试GO 时间：2020-12-07 15:12:07 浏览：7687次

1、ACS Catalysis：电解质驱动的低过电位下高选择性CO₂电还原

众所周知，电化学二氧化碳还原反应（CO₂RR）是一种利用可再生电力将CO₂转化为可增值碳基产品的非常有前景的技术。其中，电催化剂扮演着至关重要的角色，尤其急需低成本、高催化活性、高选择性和稳定性的电催化剂。据报道，改善电解质是非常有助于达到当前对电催化剂所需的性能。

基于此，复旦大学的郑耿峰教授和加拿大艾伯塔大学的骆静利教授（共同通讯作者）联合报道了KHCO₃在CO₂RR中对低成本的核壳结构Cu₂O@SnO_x纳米粒子衍生的杂化催化剂的性能影响。基于反应级数和塔菲尔斜率（Tafel slope）的分析，证实了HCO₃^-参与的质子耦合电子转移是杂化催化剂在KHCO₃水溶液中CO₂RR的速率决定步骤。在高浓度的KHCO₃溶液中，对CO的选择性接近100％，同时能量效率达到71.8％。这是由于KHCO₃的浓度效应与相关的pH效应共同作用的结果。该工作为电解液助力催化剂实现高性能提供了一种新思路。

ACS Catalysis：电解质驱动的低过电位下高选择性CO2电还原

文章信息：Tengfei Li, Chao Yang, Jing-Li Luo* and Gengfeng Zheng*. Electrolyte Driven Highly Selective CO₂ Electroreduction at Low Overpotentials. ACS Catal. 2019, DOI: 10.1021/acscatal.9b02443.

https://doi.org/10.1021/acscatal.9b02443.

2、ACS Catalysis：高性能的MaZrO_x（Ma=Cd，Ga）固溶催化剂用于CO₂加氢制甲醇

现今，甲醇已经是生产烯烃和其他高附加值化学品的重要中间体，但是其主要是从化石资源中获取。因此，利用可再生能源将CO₂转化为甲醇的催化加氢技术是目前的研究热点。因为CO₂既可以作为甲醇形式的氢载体，又可以作为甲醇合成的碳源。同时可以减少CO₂的排放而降低温室效应。然而，目前的催化剂很难以高活性和高选择性将CO₂转化为甲醇。

基于上述问题，中科院大连化物所的李灿院士（通讯作者）团队报道了一类金属氧化物固溶催化剂: MaZrO_x(Ma=Cd, Ga), 在H₂/CO₂=3/1、24000 h^-1、5 MPa的反应条件下，以高达80%的选择性转化为甲醇，且CO₂单程转化率达到4.3-12.4％。

通过结构和电子表征，结合密度泛函理论计算表明，MaZrO_x(Ma=Cd, Ga)固溶催化剂中的Ma和Zr组分表现出很强的协同作用，从而增强了H₂的杂化解离并导致高活性和高选择性。具有双金属氧化物组分的固溶催化剂为选择性CO₂加氢成为化学品提供了一种新方法。

ACS Catalysis：高性能的MaZrOx（Ma=Cd，Ga）固溶催化剂用于CO2加氢制甲醇

文章信息：Jijie Wang, Chizhou Tang and Can Li*, et al. High-Performance MaZrO_x (Ma = Cd, Ga) Solid-Solution Catalysts for CO₂ Hydrogenation to Methanol. ACS Catal. 2019, DOI：10.1021/acscatal.9b03449.

https://doi.org/10.1021/acscatal.9b03449

3、Angew.：限制在多通道中空碳纤维中的分散镍-钴氧化物纳米粒子用于光催化CO₂还原

众所周知，高效光催化CO₂还原材料是将太阳能转化为碳燃料的理想材料。因此，新加坡南洋理工大学的楼雄文教授和Sibo Wang（共同通讯作者）联合报道了他们将高度分散的氧化磷-镍化钴纳米粒子（NiCoOP NPs）限制在多通道中空碳纤维（MHCFs）中，以构建了用于高效CO₂光还原的NiCoOP-NPs@MHCFs催化剂。其中，催化剂的制备过程包括电纺丝、磷化和碳化步骤，并允许对化学成分进行调整。

在催化剂中，具有超细尺寸和高分散性的混合金属氧化磷NPs为氧化还原反应提供了丰富的催化活性位点。同时，具有高电导率和开放末端的多通道中空碳基体将有效促进质/电荷转移，改善CO₂吸附，并防止金属氧化磷NPs的聚集。优化杂化金属氧化磷催化剂对光敏化的CO₂还原有非常大的活性，可提供16.6 μmol h^-1的CO释放速率（每0.1 mg的催化剂）。

Angew.：限制在多通道中空碳纤维中的分散镍-钴氧化物纳米粒子用于光催化CO2还原

文章信息：Yan Wang, Sibo Wang* and Xiong Wen (David) Lou*. Dispersed Nickel Cobalt Oxyphosphide Nanoparticles Confined in Multichannel Hollow Carbon Fibers for Photocatalytic CO₂ Reduction. Angew. Chem. Int. Ed., 2019, DOI：10.1002/anie.201909707.

https://doi.org/10.1002/anie.201909707

4、JACS：双金属电催化剂协同增强CO₂还原

众所周知，太阳能和风能是可再生的能源，取之不尽，用之不竭！因此，利用可再生能源来电化学还原CO₂变成有价值的化学物质和燃料是一种可持续的策略，同时还可降低温室效应。但是目前的电催化剂基本都缺乏高的催化活性和选择性，导致CO₂还原的能量转化和化学转化效率都比较低。其中，合金化是一种重要的超纯金属催化材料的设计策略。然而，传统的合金催化剂缺乏对活性位点局部原子结构的精确控制。

基于此，约翰霍普金斯大学的Chao Wang和Tim Mueller（共同通讯作者）联合报道了一种具有协同催化作用的Pd-Au双金属电催化剂，用于CO₂还原。通过在Au NPs表面涂上一定剂量的钯，合成了一系列的Pd@Au电催化剂，从而产生了包含不同尺寸Pd原子的双金属表面。

其中，Pd含量与CO₂还原成CO的催化活性呈非线性关系。密度泛函理论计算表明，具有原子分散Pd位点的Pd@Au催化剂比纯Au催化剂有较低的CO₂活化能垒，同时与纯Pd催化剂相比，与Pd结合的*CO中间物生成的毒性更小，从而实现最高的二氧化碳还原活性。

文章信息：Yuxuan Wang, Liang Cao, MillerTim Mueller* and Chao Wang*. Ensemble Effect in Bimetallic Electrocatalysts for CO₂ Reduction. JACS, 2019, DOI：10.1021/jacs.9b05766.

https://doi.org/10.1021/jacs.9b05766

5、Angew.：SnS₂/SnO₂结在空芯多壳结构中产生的晶格畸变有助于实现高效地可见光CO₂还原

众所周知，精确控制纳米材料的微/纳米结构对于各种应用都具有非常重要的意义，例如空心多壳结构（HoMS）。因此，中科院过程工程研究所的王丹（Dan Wang）研究员（通讯作者）团队他们首次提出了控制HoMS构件单元的晶体结构的研究，即在HoMS中引入晶格畸变。

位于SnS₂/SnO₂纳米界面的晶格畸变可以提供额外的活性位点，这不仅可以产生可见光下的催化活性，而且可以改善光激发电子-空穴对的分离。由于高效的光利用率和HoMS的自然优势的结合，在不使用任何敏化剂或贵金属下，该材料在固-气系统中实现了创纪录的光催化CO₂还原活性，并且具有出色的稳定性和100％的CO选择性。

Angew.：SnS2/SnO2结在空芯多壳结构中产生的晶格畸变有助于实现高效地可见光CO2还原

文章信息：Feifei You, Dan Wang*, et al. Lattice Distortion in Hollow Multi‐shelled Structures for Efficient Visible Light CO₂ Reduction with SnS₂/SnO₂ Junction. Angew. Chem. Int. Ed. 2019, DOI: 10.1002/anie.201912069.

https://doi.org/10.1002/anie.201912069

6、JMCA综述：新型纳米碳基非贵金属电催化剂用于选择性电化学CO₂还原成CO

如今，电催化二氧化碳（CO₂）还原（ECR）是将CO₂转化CO和其它各种烃类增值原料的最有前途的技术之一。CO作为费-托合成的原料，是最理想的ECR产品之一。尽管Au和Ag等贵金属催化剂显示出将CO₂转化为CO的高选择性，但是它们相对稀缺和高成本严重限制了其商业应用。此外，纳米结构的碳基非贵金属电催化剂（Nano-CNMs）由于其可调节的结构和电子特性，在ECR催化领域引起了极大研究热潮。

因此，浙江大学的侯阳研究员、中国科学院福建物质结构研究所的Zhenhai Wen和美国纽约州立大学吴刚教授（共同通讯作者）联合综述了纳米CNMs的最新应用进展，主要包括掺杂杂原子的碳、过渡金属-杂原子复合物掺杂的碳和碳基杂化材料，并且电催化CO₂转化为CO。

特别讨论了各种纳米CNMs中关于电子结构、表面性质、掺杂含量以及相关的电催化性能的结构/组成-性能关系。最后，还概述了用于CO生产的高选择性ECR电催化剂的发展中有希望的研究方向，以及基础研究和工业应用可行性方面存在的严峻挑战。

JMCA综述：新型纳米碳基非贵金属电催化剂用于选择性电化学CO2还原成CO

文章信息：Xinyue Wang, Qidong Zhao, lecheng lei, Zhenhai Wen, Gang Wu and Yang Hou. Emerging Nanostructured Carbon-based Non-precious Metal Electrocatalysts for Selectively Electrochemical CO₂ Reduction to CO. JMCA, 2019, DOI：10.1039/C9TA09681G.

https://doi.org/10.1039/C9TA09681G

7、JACS：超薄亚胺连接二维COFs纳米片光催化CO₂还原的一种可扩展通用合成方法

如今，大规模、高产量的制备超薄二维（2D）共价有机骨架（COF）纳米片（NSs）仍然面临巨大的挑战，从而限制了对这类材料的独特功能和广泛应用的探索。基于此，北京科技大学的姜建壮教授、Kang Wang和国家纳米科学技术中心的曾庆祷研究员（共同通讯作者）联合报道了一种可扩展的自下而上的通用方法，以便合成基于亚胺的超薄（<2.1 nm）2D COF NSs（COF-366 NSs、COF-367 NSs、COF-367-Co NSs、TAPB-PDA COF NSs），以及通过在亚胺交换合成策略下向反应体系中添加过量2,4,6-三甲基苯甲醛，可大规模（>100 mg）和高收率（>55％）获得TAPB-BPDA COF NSs。

通过扫描隧道显微镜（STM）观察COF-367 NSs的周期性孔晶格清楚地揭示了超薄2D COFs性质。尤其是分离出的超薄COF-367-Co NSs可用于CO₂-CO转化的非均相光催化剂，显示出优异的催化效率和选择性，其中CO生成率高达10162 μmol g^-1 h^-1。在可见光照射下，在水性介质中的含量为78％，远远优于相应的块状材料，相当于目前报道的最新的可见光驱动的杂化催化剂。

JACS：超薄亚胺连接二维COFs纳米片光催化CO2还原的一种可扩展通用合成方法

文章信息：Wenbo Liu, Kang Wang* Qingdao Zeng* and Jianzhuang Jiang*, et al. A Scalable General Synthetic Approach towards Ultrathin Iminelinked Two-dimensional Covalent Organic Framework Nanosheets for Photocatalytic CO₂ Reduction. JACS, 2019, DOI：10.1021/jacs.9b09502.

https://doi.org/10.1021/jacs.9b09502

8、JACS：[吡啶-CO₂-Co]加合物在金属有机层上的协同稳定可提高电催化CO₂的还原

虽然目前已经确定吡啶是电化学CO₂还原金属和半导体电极上的一种助催化剂，但是其确切的作用一直未阐明。基于此，美国芝加哥大学的林文斌和厦门大学的Cheng Wang联合报道了他们在金属有机层（MOLs）上建立了钴-原卟啉（CoPP）和吡啶/吡啶盐（py/pyH⁺）的协同催化位点用于电催化CO₂还原反应（CO₂RR）。

由[Hf₆(μ₃-o)₄(μ₃-OH)₄(HCO₂)₆]二级构建单元（SBUs）和基于吡啶的三羧酸酯配体构造而成，MOL通过与甲酸封端基团的羧酸酯交换与CoPP合成后功能化。CoPP基团和MOL上的吡啶盐（pyH⁺）部分通过形成[pyH⁺-^-O₂C-CoPP]加合物来共同活化CO₂，该加合物可增强CO₂RR并抑制氢的释放，从而具有高的CO/H₂选择性。[pyH⁺-^-O₂C-CoPP]中间体的协同稳定作用导致在-0.86 V_RHE下产生CO的催化电流密度为1314 mA/mgCo。

JACS：[吡啶-CO2-Co]加合物在金属有机层上的协同稳定可提高电催化CO2的还原

文章信息：Ying Guo#, Wenjie Shi#, Cheng Wang* and Wenbin Lin. Cooperative Stabilization of the [Pyridinium-CO₂-Co] Adduct on a Metal–Organic Layer Enhances Electrocatalytic CO₂ Reduction. JACS, 2019, DOI：10.1021/jacs.9b09227.

https://doi.org/10.1021/jacs.9b09227

9、Chem. Soc. Rev.综述：催化CO₂还原的表面策略：从2D材料到纳米团簇再到单原子

众所周知，包含光催化和（光）电催化的氧化还原催化可以除去大气中过量的CO₂并将其转化为增值的化学产品来缓解全球变暖和能源危机。目前，常用的催化剂材料包括纳米团簇、单原子和二维（2D）材料等，其中纳米团簇和单原子具有可加工的超薄/小尺寸和大表面积而成为最优异的催化剂。

鉴于目前在CO₂减排的研究和应用之间存在差距，澳大利亚国立大学的Zongyou Yin、上海交通大学的邬剑波研究员和澳大利亚阿德莱德大学的Shizhang Qiao（共同通讯作者）联合，系统的和建设性的讨论了迄今为止报道的催化剂的纳米-原子表面策略。并预计这项工作将有益于未来的研究，用于合理的设计表面策略，从而对下一代CO₂还原催化剂的选择性、催化活性和稳定性产生多参数协同影响，进而为气候变化、能源和环境问题的可持续解决方案开辟新途径，以及潜在的工业经济产生裨益。

Chem. Soc. Rev.综述：催化CO2还原的表面策略：从2D材料到纳米团簇再到单原子

文章信息：Liming Wang, Shizhang Qiao*, Jianbo Wu* and Zongyou Yin*, et al. Surface strategies for catalytic CO₂ reduction: from two-dimensional materials to nanoclusters to single atoms. Chem. Soc. Rev., 2019, DOI：10.1039/C9CS00163H.

https://doi.org/10.1039/C9CS00163H

10、JACS：金属有机骨架转变产生Bi单原子及其作为还原CO₂的电催化剂

如今，CO₂的电催化还原反应（CO₂RR）是促进全球碳平衡和应对全球气候变化的一种有前途的策略。因此，清华大学的李亚栋院士、王定胜副教授和北京理工大学的张加涛教授和戎宏盼副研究员（共同通讯作者）联合报道了通过对铋基金属有机骨架（Bi-MOF）和双氰胺（DCD）的热分解，可以得到多孔碳网络上唯一的Bi-N₄位点。通过原位环境透射电子显微镜（ETEM）分析不仅直接显示了从Bi-MOF还原为Bi纳米颗粒（NPs），而且还展示了Bi NPs在DCD分解过程中释放的NH₃辅助下发生原子化。

对比可逆氢电极（RHE），该催化剂在0.39 V的低超电势下具有很高的法拉第效率（FE_CO高达97％）和5535 h^-1的高周转频率（TOF），具有高的固有CO₂还原活性。进一步的实验和密度泛函理论（DFT）计算表明，单原子Bi-N₄位点同时是CO₂活化和快速形成具有低自由能垒的关键中间体COOH*的主要活性中心。

JACS：金属有机骨架转变产生Bi单原子及其作为还原CO2

文章信息：Erhuan Zhang, Tao Wang, Hongpan Rong*, Dingsheng Wang*,Jiatao Zhang* and Yadong Li*, et al. Bismuth Single Atoms Resulting from Transformation of Metal-Organic Frameworks and Their Use as Electrocatalysts for CO2 Reduction. JACS, 2019, DOI：10.1021/jacs.9b08259.

https://doi.org/10.1021/jacs.9b08259

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