刘敏教授团队发表系列碳基电催化剂的最新研究成果论文

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近日，针对CO2催化转化这一难点问题，中南大学刘敏教授团队在Angew. Chem. Int. Ed.报道了s区单原子Mg催化剂和单原子Zn催化剂，可将二氧化碳高效电还原成一氧化碳。此外，通过选择性化学滴定和理论计算，指认出了碳基催化剂用于电催化氧还原生成H2O2的关键活性位点。

        碳基催化剂在碳中和领域的能源催化方面具有重要应用，但设计高效催化剂并厘清其中的催化机制仍充满挑战。目前，构建d区金属单原子为活性中心的电催化剂受到人们的广泛关注，然而传统的d区金属单原子具有高度定向且局域化的3d轨道，使得活性位点与CO发生强的杂化作用，从而导致CO在3d金属活性位点上的脱附非常困难，这将严重阻碍CO2电催化剂的发展。为此，刘敏教授团队将s区镁原子催化剂用于二氧化碳电还原，克服了传统过渡族金属活性位点面临的CO脱附困难的问题。文章通过理论与实验相互作证，原位与非原位表征技术相互辅助，清晰地探究出CO2电还原反应过程，获得高性能的二氧化碳电还原性能。同时，刘敏教授等设计并制备了配位不饱和、低价态Zn-N3催化活性位点。相较于常见的Zn-N4位点，不饱和状态Zn-N3位点能够显著降低反应能垒、具有更优异的电催化CO2转化为CO性能。此外，刘敏教授等设计并制备了超薄氧掺杂碳纳米片催化剂，在电催化合成H2O2反应中展现高选择性和高活性，采用选择性化学滴定策略和DFT理论模拟分析，发现C=O官能团活性贡献最大，是具有最高活性的催化位点。
        该项研究获得了科技部重点研发国际间重点合作项目、国家自然科学基金、湖南省自然科学基金、湖南省重点研发项目的支持。

       文章来源：中南大学
       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。