仲崇立教授团队在光催化CO2还原方面取得重要进展

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近日，《自然•催化》（Nature Catalysis, IF: 41.813）在线发表了我校仲崇立教授团队、梅东海教授团队与中国科学技术大学江海龙教授团队合作完成的题为”Self-adaptive dual-metal-site pairs in metal-organic frameworks for selective CO2 photoreduction to CH4”的学术论文（Jian Li#, Hongliang Huang#, Wenjuan Xue#, Kang Sun#, Xiaohui Song, Chunrui Wu, Lei Nie, Yang Li, Chengyuan Liu, Yang Pan, Hai-Long Jiang*, Donghai Mei* and Chongli Zhong*, Nat. Cat., 2021, DOI: 10.1038/s41929-021-00665-3）。
       气候变化是人类面临的全球性问题，我国提出2030年碳达峰和2060年碳中和目标。CO2作为可再生的C1资源，利用太阳能驱动CO2转化为燃料，被认为是缓解日益严重的能源危机和环境问题的一个重要途径。以C1产物为例，光还原CO2的产物倾向于CO和HCOOH，而不是热力学上有利的CH4。该过程涉及多电子-质子耦合过程，伴随着多种C1中间体，而这些中间体从催化位点上的脱落，将影响产物CH4的选择性和活性。因此，开发可抑制动力学产物，强化C1中间体与催化位点之间结合力的催化剂，为光还原CO2到CH4的关键。

图1 双金属位点自适应协同光催化CO2示意图

        本工作受“仿生”设计启发，开发了“柔性双位点（DMSPs）”催化剂，实现了活性位点随反应进程“自适应”变化的催化过程（图1），可稳定光还原CO2过程中的C1中间体，从而提高了CH4的选择性。为了赋予金属催化位点“自适应”能力，柔性的乙二胺四乙酸（EDTA）分子被嫁接到MOF-808的Zr簇上，然后通过金属离子鳌合，得到MOF-808-CuNi DMSPs催化剂，其同时包含Cu和Ni两种单位点。由于MOF-808-CuNi催化剂具有柔性催化位点，其可动态“自适应”C1中间体的三维构型，“智能”调节催化位点与C1中间体的结合强度，防止中间体的脱落。因此，光还原CO2到CH4的电子选择性（Selelectron）达到99.4%，产物选择性（Selproduct）达到97.5%，活性达到158.7 μmol•g-1•h-1。该工作提出了一种新颖的柔性“自适应”双位点策略，可用于实现高选择性的非均相催化过程。
      该工作的四位共同第一作者为李健博士、黄宏亮副教授、博士生薛文娟和孙康，仲崇立教授、江海龙教授、梅东海教授为共同通讯作者。本工作受到科技部国家重点研发计划项目（No. 2016YFB0600901）、国家自然科学基金（No. 22038010, 21978212, 21725101, 22161142001, 91961119, 21521001）以及天津市科技计划（No. 18PTSYJC00180, 19PTSYJC00020）的资助。本工作要特别致谢北京同步辐射装置以及我校分析测试中心在分析测试方面给予的大力支持！


        文章来源：天津工业大学
       仲崇立，博士，教授，博士生导师，国家杰出青年基金获得者，天津工业大学教授。研究方向：（1）针对纳米材料研究的需要，进行新概念/方法建立、理论与模拟方法改进，丰富纳米材料领域的理论与分子模拟方法； （2）采用分子模拟与量化计算等方法，进行MOF（metal-organicframeworks）新型材料的储气、分离与催化等特性研究，为MOF 材料开发提供理论指导；（3）进行新型纳微结构材料的设计、合成与性能研究，特别是用于CO2捕获及工业气体分离的应用基础研究。
        江海龙，1981年生，中国科学技术大学教授、博士生导师，国家杰出青年基金获得者，英国皇家化学会会士（FRSC）。2008年博士毕业于中科院福建物质结构研究所，随后在日本国立产业技术综合研究所和美国德克萨斯农工大学从事科学研究。2013年初加入中国科学技术大学化学系。2017年入选科睿唯安（原汤森路透）全球高被引科学家和爱思唯尔中国高被引学者榜单。长期从事晶态多孔功能材料的设计、合成与催化功能探索等方面的相关研究，已在国际重要SCI期刊上发表论文100余篇，其中以第一或通讯作者发表JACS（12篇），Angew. Chem.（7篇），Chem（1篇），Adv. Mater.（5篇）等。论文被引用10000余次（H指数50），有32篇论文被ESI列为高被引论文。在《Nanoporous Materials: Synthesis and Applications》中撰写书章一章。担任中国化学快报、化学学报、Scientific Reports等期刊编委。目前承担国家杰出青年科学基金、重大科学研究计划课题、国家基金委面上基金等科研项目。
         梅东海，教授，博士生导师。1996年获中国石油大学工学博士学位，1999年1月至2006年4月任美国弗吉尼亚大学研究科学家，2006年5月至2018年10月任美国太平洋西北国家实验室研究员。2018年11月至今任天津工业大学教授。曾应邀担任美国自然科学基金、美国化学协会石油研究基金、美国能源部基础能源办公室，能源有效和再生能源办公室研发基金项目评审。应邀任Science, Nature Commun., Nature Mater., J. Am. Chem. Soc.等顶级专业期刊审稿人。作为大会分会主席及共同主席, 组织了多个国际学术会议，并作邀请报告20余次。长期从事计算材料学研究，主要利用理论方法和先进的计算技术，对多孔材料的物理化学性质、结构稳定性以及催化反应动力学进行研究，揭示相关科学问题/过程的机理，指导材料的设计与制备，并取得了一系列创新性的研究成果。在Science, Nat. Commun., J. Am. Chem. Soc., ACS Catal., Chem. Mater., AIChE J.等刊物发表SCI收录论文130多篇，其中影响因子10.0以上论文10多篇，总引用5500多次，高引用指数H=40。