刘敏课题组开发高倍率金属空位量子点大幅度提高CO2还原性能

jiazhuang

中南大学物理与电子学院刘敏教授与台湾科技大学黄炳照教授、加拿大多伦多大学Edward H.Sargent等团队合作，首次从金属量子点中“捕获”二氧化碳，使二氧化碳还原效率提升200%以上，大大提升了碳循环利用效率。这一研究结果，以“Quantum-Dot-Derived Catalysts for CO2 Reduction Reaction”为题，发表在国际顶级期刊《Cell》姊妹刊《Joule》上。

(图为从量子点半导体出发，通过原位电化学还原得到具高比例金属空位的金属量子点)

刘敏教授为该论文的第一作者和共同通讯作者，中南大学物理与电子学院为第一完成单位，李红梅、邱晓清等青年老师参加了该项研究工作。此次发表的论文是该团队继在《Nature》《Science》《Nature Chemistry》《Nature Photonics》《Nature Energy》《Nature Nanotechnology》等国际著名学术期刊发表二氧化碳还原应用基础研究成果后的又一创新性成果。

二氧化碳导致的温室效应、气候变化等问题已经成为世界性的挑战。电化学还原在温和可控的条件下，将二氧化碳还原为有用的碳氢燃料和化学品，是一种具有广阔应用前景的技术。如何设计并制备高效的催化剂是该技术的核心。

量子点是一种重要的低维半导体材料，通常含有大量的缺陷，导致其光电性能的下降。但缺陷位点常常被认为是催化活性的关键位点，然而，这种缺陷工程在常规金属催化剂中常常难以实现。因此，几方团体合作，首次通过将硫化物量子点原位电化学还原，实现了高倍率金属空位量子点的制备，并将之应用在二氧化碳还原领域。这种量子点衍生的催化剂，保持了3-5nm的尺寸大小，但其金属空位高达20%，并在金属量子点中呈现良好的原子级分散，从而为二氧化碳还原反应，提供了合适的原子结构与电子结构；在数百小时的二氧化碳还原反应中，保持良好的催化活性，其性能超出现有催化剂的两倍之多。该研究具有良好的普适性，在多种金属，如金、银、铜、铅等，均得到良好的验证，在二氧化碳循环利用方面具有极大的应用前景。

基于前期在二氧化碳还原方面的杰出研究工作，刘敏教授团队受邀在国际期刊《Journal of Colloid and Interface Science》上撰写题为“Recent advances in different-dimension electrocatalysts for carbon dioxide reduction”的论文，总结了催化剂形状及各类因素对催化性能的影响。刘敏团队的硕士生周惠敏为该论文的第一作者，刘敏教授与邱晓清教授为论文的共同通讯作者，中南大学物理与电子学院为第一完成单位，李红梅、李文章、潘灏等青年教师参加了该项研究工作。论文受到了编辑部和审稿人的一致好评，并顺利当选为该杂志的封面。

刘敏，入选湖南省“青年百人计划”，中南大学特聘教授，博士生导师，超微结构与超快过程湖南省重点实验室、粉末冶金国家重点实验室成员。近年来在能源转化、催化材料及期间领域取得多项创新成果，在Nature, Science , Nature Nanotechnology, Nature Photonics等国际权威学术期刊上发表论文70余篇，博士毕业论文被评为2011年中科院优秀博士论文。论文被引超过2500次，H-因子为27,相关研究成果多次被 Science Daily, Science News, Phys.org, 福布斯等新闻媒体报道。担任10余个国际主要学术期刊审稿人。申请中国、加拿大日本发明专利20余项，其中13项已经授权。