中国科学院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室汪国雄

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汪国雄，1979年出生，博士，中国科学院大连化学物理研究所研究员，博士生导师。2000年毕业于武汉大学化学与分子科学学院，获理学学士学位。同年进入中国科学院大连化学物理研究所，2006年获物理化学专业博士学位。毕业后留所工作，任助理研究员。2007年9月-2010年12月在日本北海道大学触媒化学研究中心从事博士后研究工作。2010年12月以所百人计划进入到催化基础国家重点实验室工作，任副研究员。2015年6月任研究员，2017年7月担任DNL21部B类组群碳基资源电催化转化研究组组长。在J. Am. Chem. Soc., Energy Environ. Sci., Nano Energy等学术期刊上发表论文60余篇，申请中国发明专利15件。
姓名：汪国雄        
性别：男
类别：研究员        
学科：物理化学
职称：研究员        
学历：博士研究生
电话：无        
Email：wanggx@dicp.ac.cn
地址：大连市中山路457号        
邮编：116023        
　　
研究方向：
　　主要从事电能高效存储和转化中的电催化新材料和新过程研究，包括CO2电催化还原、燃料电池、锌-空气电池以及电化学原位动态表征技术等。
代表论著：
1. D. F. Gao, Y. Zhang, Z. W. Zhou, F. Cai, X. F. Zhao, W. G. Huang, Y. S. Li, J. F. Zhu, P. Liu, F. Yang*, G. X. Wang*, X. H. Bao*, Journal of the American Chemical Society, 2017, 139, 5652-5655.
2. F. Cai, D. F. Gao, H. Zhou, G. X. Wang*, T. He, H. M. Gong, S. Miao, F. Yang, J. G. Wang, X. H. Bao*, Chemical Science, 2017, 8, 2569-2573.
3. H. H. Wu, H. B. Li, X. F. Zhao, Q. F. Liu, J. Wang, J. P. Xiao, S. H. Xie, R. Si, F. Yang, S. Miao, X. G. Guo, G. X. Wang*, X. H. Bao*, Energy & Environmental Science, 2016, 9, 3736-3745.
4. H. H. Wu, J. Wang, G. X. Wang*, F. Cai, Y. F. Ye, Q. K. Jiang, S. C. Sun, S. Miao, X. H. Bao*, Nano Energy, 2016, 30, 801-809.
5. D. F. Gao, H. Zhou, J. Wang, S. Miao, F. Yang, G. X. Wang*, J. G. Wang*, X. H. Bao, Journal of the American Chemical Society, 2015, 137, 4288-4291.
6. J. Wang, H. H. Wu, D. F. Gao, S. Miao, G. X. Wang*, X. H. Bao*, Nano Energy, 2015, 13, 387-396.

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配位不饱和Ni-N催化剂高效电催化还原CO2

目前，与人们日常生活密切相关的液体燃料、化学品、电和热等在很大程度上依赖石油、煤和天然气等化石能源经过工业炼制或高效燃烧等过程转化，在转化过程中同时伴随着二氧化碳（CO2）的生成。CO2是温室气体的主要组成，全球CO2的大量排放对人们赖以生存的生态环境造成了严重威胁，这已经引起了全球各国政府的高度重视。2015年12月12日，《联合国气候变化框架公约》196个缔约方一致同意通过《巴黎协定》。协议指出：各方将加强对气候变化威胁的全球应对，把全球平均气温较工业化前水平升高控制在2摄氏度之内，并为把升温控制在1.5摄氏度之内而努力。为加快推进绿色低碳发展，我国政府制定了《“十三五”控制温室气体排放工作方案》，主要目标包括单位国内生产总值CO2排放比2015年下降18%。科学家们亟待通过科技手段减少碳排放并开发捕获和转化CO2的新途径以降低大气中CO2浓度。近日，中国科学院大连化学物理研究所汪国雄研究员和包信和院士团队通过高温热解得到的含配位不饱和Ni-N位点的多孔碳材料，实现了CO2的高效电催化转化。

CO2电催化还原反应（CO2RR）可利用太阳能、风能等清洁/可再生能源产生的电能，在催化剂的作用下将CO2直接转化为高附加值化学品（CO、甲酸、烯烃、含氧化合物等），同时实现了碳排放和间隙电能储存，表现出极具潜力的应用前景。低过电势、高反应选择性和大电流密度是实现CO2RR高效转化的三大要素，也是未来CO2RR实际应用的基础，因此开发高性能催化剂是目前CO2RR领域的研究热点。

过渡金属-氮-碳（M-N-C）复合材料价格低廉，且可将CO2电催化还原生成CO，是贵金属基催化剂的替代材料。但随着过电势增加，M-N-C复合材料上竞争性的析氢反应（HER）电流急剧增大，造成CO法拉第效率迅速下降，很难获得高的CO分电流密度。因此同时获得高的CO2RR电流密度和法拉第效率是M-N-C复合材料面临的重要挑战。

中国科学院大连化学物理研究所汪国雄研究员和包信和院士团队通过热解锌/镍双金属沸石咪唑类骨架材料（ZIF-8），成功制备出配位不饱和Ni-N位点掺杂的多孔碳材料，其中单分散的Ni物种负载量最高可达5.44 wt%。在该Ni-N催化剂上，CO法拉第效率在-0.53V~ -1.03 V (vs. RHE)宽电势区间内维持在92.0%~98.0%之间，CO电流密度随过电势增加而增加，在-1.03 V (vs. RHE)达到71.5 ± 2.9 mA cm-2。表征结果和对比试验表明配位不饱和的Ni-N为活性位点；密度泛函理论计算进一步揭示在NiN2V2（V表示空位）位上CO2RR比HER更容易发生，推测NiN2V2可能是CO2RR的活性位。因此，高载量配位不饱和Ni-N活性位同时实现了CO2RR的高电流密度和法拉第效率，打破了过渡金属-氮-碳复合材料上CO2RR选择性和反应速率的“跷跷板”效应限制。

该论文作者为：Chengcheng Yan, Haobo Li, Yifan Ye, Haihua Wu, Fan Cai, Rui Si, Jianping Xiao, Shu Miao, Songhai Xie, Fan Yang, Yanshuo Li, Guoxiong Wang* and Xinhe Bao*

Coordinatively unsaturated nickel–nitrogen sites towards selective and high-rate CO2  electroreduction

Energy Environ. Sci., 2018, 11, 1204. DOI: 10.1039/C8EE00133B

tianzhen

包信和院士团队Nano Energy : ZIF中与Zn(II)中心配位的咪唑配体在二氧化碳电化学还原中的作用

作为同时实现碳循环利用和可再生能源储存的理想途径，CO2电化学还原反应(CO2RR)已得到了广泛的研究。为了提高CO2RR的活性和选择性，研究人员致力于开发各种均相或多相催化剂，如氧化物衍生的金属、金属纳米结构、碳基纳米复合材料以及过渡金属配合物等。近年来，具有明确组成和多孔结构的金属有机框架(MOFs)被认为是连接均相催化和多相催化的关键桥梁，同时作为一类新型的催化材料应用于CO2RR。沸石咪唑框架(ZIFs)是一类金属有机框架化合物(MOFs)，由金属离子和咪唑配体组装而成，具有不同的拓扑结构、高的孔隙率、良好的热稳定性和化学稳定性。

近日，中科院大连化物所包信和院士、汪国雄研究员、宁波大学李砚硕教授等探索了包含ZIF-8、ZIF-108、ZIF-7和SIM-1的四种具有相同SOD(方钠石)拓扑结构、不同有机配体的沸石咪唑骨架(ZIFs)在电解质水溶液中的CO2RR性能，并在Nano Energy上发表了题为“Carbon dioxide electroreduction over imidazolate ligands coordinated with Zn(II) center in ZIFs”的研究论文。在四种ZIF催化剂中，ZIF-8在-1.1 V(相对于可逆氢电极，RHE)中显示出最高的CO法拉第效率81.0%，并且在-1.3 V(vs .RHE)时ZIF-108最高的CO电流密度可达到12.8 mA·cm-2。原位X射线吸收光谱测试和密度泛函理论计算表明，ZIF中与Zn(II)中心配位的咪唑配体可能是CO2RR的活性位点，决定了ZIFs上生成CO的法拉第效率和电流密度。