近日，我所催化基础国家重点实验室、太阳能研究部（DNL1600组群）李灿院士团队开发了离场电催化新技术，在室温、常压下实现硫化氢全分解制氢和硫磺，有望替代工业现行的克劳斯技术，实现天然气开采、炼油行业和煤化工过程中硫化氢的消除和资源化利用，并成为低成本制绿氢的一条新路径。
       硫化氢是一种剧毒化合物，又是一种重要的资源，通常伴生或副产于天然气开采、炼油行业和煤化工过程。据不完全统计，我国每年的硫化氢产量约为80亿立方米，全球范围每年产量约为700亿立方米。硫化氢消除并资源化利用是天然气开采、炼油行业、煤化工等工业中长期面临的课题，是具有百年历史的重要研究课题。现行的高温氧化克劳斯工艺通过将硫化氢氧化成硫磺和水而消除，但该过程排放大量的含硫化合物尾气，常常需要进一步二次处理，甚至经过多步克劳斯过程，以期完全消除含硫污染物。另外，克劳斯工艺只可获得硫磺，氢资源转化为水而造成了资源损失。

         李灿团队早在2003年就开始致力于采用非常规技术进行硫化氢分解反应的研究，先后采用光催化（J. Catal.，2008；Chi. J. Catal.，2008）、电催化（Angew. Chem. Int. Ed.，2014；Angew. Chem. Int. Ed.，2018）、光电催化（ACS Catal.，2016；ACS Energy Lett.，2020）等技术探索了硫化氢分解制氢和硫磺，原理上验证了光电催化技术路线的可行性。
         在前期工作的基础上，本工作中团队解决了规模化分解硫化氢工程放大问题，通过电子介导对驱动，将化学反应和电极表面的电荷交换反应解耦，并利用现代化工反应器工程，将氧化反应（硫磺生成）和还原反应（放氢过程）转移并离开电极，开发了离场电催化技术，在电化学池外部连结釜式反应器和悬浮床/固定床反应器上，分别实现硫化氢分解制硫磺和放氢反应，同时电化学池进行电子介导对的再生。目前，团队已经完成了实验室100升硫化氢/天的小试规模的技术验证和长周期运行实验，硫化氢转化率可大于99.9999%，含硫污染物排放低于1ppm (百万分之一)，氢气纯度达到99.999%以上。该离场电催化反应工艺解决了电化学技术放大的工程难题。该项技术已申请了17项专利，7项授权，形成了具有我国自主知识产权的原创性技术，组成了系列专利技术。该技术具有可观的应用前景，目前天然气开采、石油炼制、煤化工领域的多家企业正在筹划该技术的转化落地。
       相关工作以“Hydrogen sulfide splitting into hydrogen and sulfur through an off-field electrocatalysis”为题，于近日发表在Environmental Science & Technology上。审稿人认为“The off-field electrocatalysis technology presented therein represents a significant advancement in the field of H2S splitting into H2 and sulfur, offering a promising and innovative approach to compete with the current Clause technology（该工作介绍的离场电催化技术是硫化氢全分解制氢和硫磺领域的重大进展，提供了一种可与当前克劳斯技术竞争的有前景、原创性的新路径）”，以及“This strategy absolutely prevents the pollution of sulfur/sulfide from the anode, membrane, and cathodic electrolyte（该策略彻底地解决了硫磺/硫化物对阳极、膜和阴极电解质的污染）”。该工作的共同第一作者是DNL1600组群博士研究生王子衿和博士后王庆楠博士，前期工作也得到DNL1600组群博士后马伟光博士的支持。上述工作得到了国家自然科学基金委“人工光合成”基础科学中心等项目和企业的支持。（文/图 王庆楠、王子衿）
       文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.4c00312

从阳光和水这两种地球上最丰富的自然资源中生产氢燃料，为实现碳中和提供了有前景的途径。太阳光驱动的光催化全水分解 (OWS) 可用于太阳能到化学能的转换。然而，研究人员目前只报道了少数的光催化剂可用于 OWS。造成这种现象的主要原因之一是， OWS 产物（包括光催化剂表面上的氢、氧和活性中间体）之间发生的逆反应。

    鉴于此，中国科学院大连化学物理研究所李灿院士课题组在Nature Catalysis上发表了题为“Blocking the reverse reactions of overall water splitting on a Rh/GaN–ZnO photocatalyst modified with Al2O3”的最新研究成果。
      本文要点：
       1. 在这项研究中，作者通过 ALD 惰性氧化物修饰金属助催化剂。该催化剂可以在很大程度上抑制与 OWS 相关的逆反应，从而提高光催化反应的整体活性。
       2. 具体而言，修饰Al2O3可以将 Rh/GaN-ZnO 光催化剂上的 OWS （在 420nm 处）的 AQE 从 0.3% 提高到 7.1%。
       3. 此外，作者进一步揭示了，通过氧化物物种在贵金属助催化剂的 LCS 上的优先沉积来实现抑制作用。修饰的氧化物阻碍了表面产物的催化反应(2H2 + O2 → 2H2O和O2 + 4H+ + 4e− → 2H2O) 。
        4. 该研究这项工作提供了对光催化OWS反应中贵金属助催化剂逆反应内在机理的深刻理解，也为解决这一长期存在的光催化问题提供了有效策略。
Li, Z., Li, R., Jing, H. et al. Blocking the reverse reactions of overall water splitting on a Rh/GaN–ZnO photocatalyst modified with Al2O3. Nat Catal (2023).          https://doi.org/10.1038/s41929-022-00907-y.

11月28日，在第四届世界科技与发展论坛闭幕式上，国际纯粹与应用化学联合会（International Union of Pure and Applied Chemistry，以下简称“IUPAC”）公布了最新评出的“2022年度IUPAC化学领域十大新兴技术”，我所李灿院士团队申报的“液态太阳燃料”（Liquid solar fuels）技术名列其中。
　　IUPAC执委会委员帅志刚教授表示，“化学领域十大新兴技术”每年全球性提名、评选一次，展示了化学及交叉领域中从新兴的科学发现到已经被充满冒险精神的初创企业和大胆的工业所采用的可行技术。很高兴能看到不断有中国化学家领衔的研究选入其中。
　　IUPAC主席Javier García-Martínez教授指出，化学领域十大新兴技术的发布，可展示不同的化学技术对于改善人类福祉、促进工业发展、应对气候变化、保障人民健康的重要意义，以及通过化学科学与技术应对的重要性。

　　据悉，除了李灿团队领衔的“液态太阳燃料”技术之外，我国还有阎锡蕴院士团队领衔的“纳米酶”技术、房喻院士团队领衔的“薄膜荧光传感器”技术、彭慧胜教授团队领衔的“纤维电池”和“织物显示器”技术也入选2022年度IUPAC化学领域十大新兴技术。
　　2019年，IUPAC以成立100周年为契机，联合了包括中国化学会在内的来自世界各个国家和地区的化学学术组织，共同发起了“年度化学领域十大新兴技术”这一全球性活动，希望能在全世界范围内遴选出具有巨大潜力的创新技术，以此来改变当前的全球化学与工业界格局，推动实现联合国可持续发展目标。
　　液态太阳燃料技术是模拟自然光合作用的“人工光合成”过程，利用太阳能、水和二氧化碳生产甲醇等富含能量物质，从而有望替代当下的化石衍生燃料。另一方面，液态太阳燃料同电池一样，可提供间歇性可再生能源储存的新机会。IUPAC认为液态太阳燃料技术是“瓶装可再生能源”和生产绿色化学品的战略。（文/图 王集杰）
　　IUPAC发布链接：https://iupac.org/iupac-2022-top-ten/

近日，我所催化基础国家重点实验室、太阳能研究部（DNL16组）李灿院士、范峰滔研究员等发表太阳能光催化电荷分离成像研究综述文章。
　　利用太阳能生产清洁、高效、可持续的绿色能源是实现“双碳”目标的一种重要解决方案。光催化太阳能转化可以直接通过分解水制绿色氢能，或将二氧化碳还原为液态燃料，是实现太阳能转化的最理想途径。迄今为止，提高光催化太阳能转换效率方面仍然面临着诸多挑战。其中，微纳米尺度的光生电荷分离是制约光催化太阳能转换效率的关键因素。理解微观电荷分离机制是提高光催化电荷分离效率、设计高效光催化剂的基础。然而，由于电荷分离在微纳米尺度的空间复杂性和表面电荷浓度低的限制，深入理解光催化电荷分离机制仍存在巨大挑战。

　　李灿和范峰滔等通过结合纳米探针技术和调制的表面光电压技术（SPV）发展了高灵敏的空间分辨表面光电压技术（SRSPV），实现了对光催化剂颗粒和微纳结构的可视化电荷分布成像，以及对微观电荷分离驱动力的测量。本综述中，该团队系统总结了SRSPV技术在揭示光催化电荷分离机制研究方面取得的一系列进展，深入讨论了光催化电荷分离驱动力的本质来源，以及如何通过对光催剂的理性设计来实现高效的电荷分离，并对如何进一步发展时间分辨和原位在线电荷成像技术以更全面理解电荷分离机制进行了展望。
　　李灿和范峰滔等长期致力于太阳能光、电催化光谱表征的前沿科学研究，取得了系列成果，特别是利用自主研发的空间分辨的表面光电压显微镜对光催化剂表面光生电荷给出了可视化图像，在国际上最早将其应用到微纳尺度光催化材料电荷分离的成像研究（Angew. Chem. Int. Ed.，2015；Nano Letters，2017；Chem. Soc. Rev.，2018；Nature Energy，2018；Adv. Mater.，2020；Angew. Chem. Int. Ed.，2020；Natl. Sci. Rev.，2021）。近期，团队进一步实现了液相反应条件下化学反应以及电荷转移过程的微纳米成像（Nano Letters，2021；J. Phys. Chem. Lett.，2021）。
　　相关工作发表以“Unraveling Charge Separation Mechanisms in Photocatalyst Particles by Spatially Resolved Surface Photovoltage”为题，发表在《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）上。该工作的第一作者是我所DNL16组陈若天博士。该工作得到国家自然科学基金委，“人工光合成”基础科学中心项目，以及中国科学院基础研究领域优秀青年团队等项目的资助。（文/图 陈若天、范峰滔）
　　文章链接：https://doi.org/10.1002/ange.202117567

太阳能光催化分解水制氢是解决能源和环境问题的理想途径。光催化过程涉及半导体受光激发产生电荷、光生电荷分离与传输和光生电荷参与表面催化反应等多个串行步骤，各步骤跨越了多个时间尺度，其中，光生电荷分离与传输是太阳能光催化分解水的核心问题。
        在基于粉末颗粒单一光催化剂体系的光生电荷分离等关键科学问题研究上，李灿院士研究团队经过长期努力已取得了系列重要进展，先后发现了十面体BiVO4晶面间光生电荷分离现象、发展了高对称性半导体SrTiO3的光生电荷分离和极性诱导GaN材料的光生电荷分离新策略，并自主研发光生电荷成像表征新技术同时确认晶面间光生电荷的分离等。研究表明，调控半导体材料的不同暴露晶面可以有效实现光生电子空穴对的分离，但是，晶面对光生电荷分离的本质影响仍有待探索。
最近，中科院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室李灿院士、李仁贵研究员团队在前期研究基础上，发展了BiVO4方形纳米晶的可控合成方法，制备了暴露不同晶面比例的BiVO4方形纳米晶，详细研究了BiVO4纳米晶的形成和晶面调控过程。进一步发现，在BiVO4方形纳米晶上，光生电子和空穴可以在不同晶面间发生分离，而电荷分离效率依赖于催化剂不同晶面的暴露比例。
        研究人员发现，单斜相BiVO4纳米晶的生长经历了微米球的形成，随后微米球逐渐溶解为小纳米球，最后纳米球重结晶为纳米片的过程，同时伴随着四方相到单斜相的晶相转变。该过程中，在表面活性剂的协助下，BiVO4纳米晶经历了“自组装-去组装-再组装”的生长过程，其中表面活性剂分子的选择性吸附、疏水基团相互排斥和位阻效应共同作用促进了BiVO4方形纳米片的形成。

图1. BiVO4方形纳米晶的形成过程。a-f)不同反应时间下BiVO4样品的SEM：a) 0 min，b) 20 min，c) 40 min，d) 80 min，e) 100 min，f) 120 min；g) BiVO4方形纳米晶形成过程。

       以上工作得到国家自然科学基金委“人工光合成”基础科学中心等项目的资助，谨此感谢。


        论文信息：
       Spatial Separation of Photogenerated Charges on Well-Defined Bismuth Vanadate Square Nanocrystals
        Yuting Deng, Hongpeng Zhou, Yue Zhao, Bin Yang, Ming Shi, Xiaoping Tao, Songqiu Yang, Rengui Li*, Can Li*
        Small
       DOI: 10.1002/smll.202103245
       原文链接：https://doi.org/10.1002/smll.202103245

近日，法国化学会和中国化学会正式公布，我所李灿院士获得2021年度“中法化学讲座奖”（China-France Chemistry Lectureship Award 2021）。
　　李灿主要从事催化材料、催化反应和催化光谱表征方面的研究，包括绿色催化研究，燃料超深度脱硫等环境催化研究，多相手性催化研究，DNA催化研究以及原位光谱表征研究等。近20年来，李灿主要致力于太阳能光催化科学利用研究，包括太阳能光（电）催化分解水、二氧化碳还原等人工光合成研究以及新型太阳电池及发电的探索研究；2020年主持完成全球首套直接太阳能液态阳光甲醇千吨级合成示范工程，为实现碳达峰碳中和目标提供了一种技术路径。
　　李灿积极推动中法催化合作研究，曾参与中法催化联合实验室的建立，并出任中方主任（自2000年起），该实验室是中法两国在催化领域设立的第一个联合实验室，共有来自中法两国13个科研院所和大学的参与。中法实验室的合作研究工作曾被法国CNRS和中国国家科技部遴选为国际合作研究的典型。 2003年，李灿被授予玛丽居里大学（巴黎六大）的特聘教授。
　　“中法化学讲座奖”由中国化学会和法国化学会于2013年共同设立，每年评选一名获奖人，获奖人轮流在中法两国化学家中产生。目前，法国获奖者有：Pierre Dixneuf (2014)、Serge Cosniere (2016)、 Michel Che (2018)、Pierre Braunstein (2020)，中国获奖者有：孙世刚（2015）、田禾（2017）、帅志刚（2019）、李灿（2021）。（文/方堃）

9月25日，由我所李灿院士撰写的通识性科普著作《太阳能转化科学与技术》新书发布会在交流中心举行。党委书记王华、李灿、科研及职能部门相关人员100余人参加了会议。会议由科学传播处处长关佳宁主持。

　　太阳能研究部秦炜博士首先详细介绍了该书的主要内容和创作特色。随后，李灿、王华等共同按下手印，启动新书发布活动。
　　王华在讲话中表示，本次新书发布会形式新颖，新书中将太阳能各方面介绍得全面详实通俗，图文并茂，具有很强的通识性；该书的发布，对我所前沿方向的把握及学科规划具有重要的借鉴意义；希望我所科研人员在学术研究中放宽视野，做好传统优势领域研究的同时，关注新的学科领域的发展和相关前沿技术，以把握机遇推动研究所更好的发展。李灿分享了该书的创作背景和初心，他表示，为使太阳能各个研究领域的专家更多地了解太阳能相关知识，加强彼此间交流，很有必要创作一本这样的科普图书；同时，太阳能研究不应只是科学家的事业，应是全民、全人类共同的事业，因此经过反复的修改校对，力求用通俗易懂的语言完成创作，便于面向大众。李灿还分享了其太阳能研究的心路历程，并希望更多的科技工作者能够面向未来，加入以太阳能为代表的清洁能源的研究中。
　　活动最后举行了现场新书签售活动。
　　能源是人类社会发展的物质基础。发展和利用可再生能源，特别是储量丰富且清洁的太阳能资源，将是建立生态文明社会、实现可持续发展的必由之路。世界各国对发展太阳能等可再生能源十分重视，发展低碳、绿色能源的呼声越来越高。我国是能源需求大国，最近十多年来，太阳能研究领域得到了快速发展，并且逐步从基础科学研究走向技术水平提升，进而实现规模化工业应用。与此同时，我国从事太阳能科学研究和技术开发的队伍也迅速壮大，社会大众也越来越关心太阳能的发展，科学引导和普及太阳能基础科学和技术知识十分必要。在此背景之下，李灿撰写了《太阳能转化科学与技术》的科普著作。该书由科学出版社出版发行，有助于太阳能研究领域人员快速全面了解本领域的基础知识、现状和发展趋势，特别是对于关注太阳能领域的广大科研人员、大学生、研究生、企业家和政府科技管理人员将大有裨益。我国著名半导体物理学家、太阳电池专家褚君浩院士在这本书的书评中说道：“李灿院士在太阳能研究领域取得一系列科学成果，是这个领域国际领衔的科学家，由其主笔，使得该书具有较高的权威性，必将产生较大的学术影响。该书是一本优秀的通识性科学著作，写作中注意简化深奥的理论及公式推演，力求使用通俗易懂的语言阐明复杂的理论机理，并通过“碎锦补缀”穿插介绍基本概念、趣味科学故事、专用实验技术等，兼具学术性和科普性，对从事太阳能相关领域的研究人员和广大读者群具有重要参考价值。”（文/何帆 图/梁潇）

6月12日，在第二届国际清洁能源创新使命领跑者颁奖大会上(Mission Innovation Champions Awards Ceremony)，我所李灿院士获得“创新使命领军者”(Mission Innovation Champions)称号。Mission Innovation Champions旨在表彰在清洁能源领域做出突出贡献的科研人员和企事业领袖。经过国际同行与专家小组多轮严格的评审，全球共有21位人士获奖。李灿因其在太阳能科学转化和利用方面的杰出贡献成为今年唯一获此殊荣的中国学者。
　　国际清洁能源“创新使命”计划始于2015年11月30日在巴黎举行的第21届联合国气候变化大会，全球领导人在会上郑重承诺发展和促进清洁能源，之后每年举办清洁能源部长级会议，目前有24个国家和地区参与，包括欧盟、美国、中国等，极大促进了全球清洁能源方面的研究创新和利用。“创新使命领军者”奖始于2019年，奖励和支持在全球发展和促进清洁能源方面作出杰出贡献的个人。
　　之前，我所陈萍研究员因在储氢方面的杰出贡献，曾荣获2019年“创新使命领军者”称号。（文/图 韩洪宪）　　

2019年4月18日下午，中国科学院院士、第三世界科学院院士、中国科学院大连化物所清洁能源实验室主任李灿教授在复旦大学江湾校区先进材料实验室报告厅作了题为“太阳能人工光合成：人类生产太阳燃料之梦”的精彩报告。
       李灿教授指出，化石能源的过度开采与温室效应是人类所面临的重大问题。太阳能是清洁能源，同时总量惊人。每年地球上接受的太阳能是人类能源消耗总量的一万倍。所以，太阳能的有效开发利用，是人类解决能源问题最理想的途径。李灿教授对当今前沿太阳能转化材料的工作过程进行了分析，人类从自然界的光合作用得到启发，将水的氧化与质子的还原进行空间上的分隔，从而获得更高的太阳能转化效率。随后，李灿教授又对二氧化碳加氢制备甲醇的工作进行了介绍。李灿教授同时还和与会师生分享了他对科研的理解：现代科学研究的驱动力，一方面出自于对自然的好奇，发现自然现象，揭示自然奥秘，认识自然规律；更重要的是，解决人类社会发展面临的问题，维持人类繁衍生息，生活和谐幸福。人类自工业革命以来，飞速消耗着地球几十亿年以来不断积累的资源。解铃还须系铃人，想办法恢复亿万年来地球形成的生态平衡，人类社会才能持续发展。
      报告由化学系系主任贺鹤勇教授主持。贺鹤勇教授向到会师生介绍了李灿教授的学术经历、研究方向和科研成果等。为了表彰李灿教授在化学科研领域做出的卓越贡献，贺鹤勇教授代表“近思讲坛”组委会向李灿教授颁发了复旦大学“吴征铠化学奖”。复旦大学“近思讲坛”的举办和“吴征铠化学奖”的设立得到了雅本化学和化学系1989级系友蔡彤先生的大力支持。
      李灿教授精彩的报告引起了在场师生的极大兴趣，大家在报告结束后与李灿教授进行了进一步的沟通与交流。

中国博士后科学基金会公布了2019年度“博士后创新人才支持计划”资助人选名单，我所博士后肖娟定（503组，合作导师：李灿）、高攀（05T5组，合作导师：侯广进）名列其中。2019年全国共400名博士后获得“博士后创新人才支持计划”资助。


　　“博士后创新人才支持计划”旨在加速培养造就一批进入世界科技前沿的优秀青年科技创新人才，是我国培养高层次创新型青年拔尖人才的又一重要举措，是人力资源和社会保障部、全国博士后管委会“十三五”期间实施的博士后专项支持计划。

李灿ACS Catal.：S和P掺杂的非晶态多元素催化剂用于电化学全解水

大连化物所李灿院士课题组用电化学沉积法成功制备出多元素的非晶态电催化剂，用于全解水研究。研究发现，通过调控催化剂中非金属元素的含量（特别是P和S元素）可以可控优化1M NaOH中HER与OER活性。

WangX, Zong X, Li C, et al. Amorphous Multi-elements Electrocatalysts with Tunable Bifunctionality towards Overall Water Splitting[J]. ACS Catalysis, 2018.

DOI:10.1021/acscatal.8b01839

https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acscatal.8b01839

李灿院士：“催化研究”如何改变世界？

催化就是一种物质能够把一个化学反应的速度加快
这样的物质叫催化剂
这种现象就叫做催化现象