清华大学化学系陈晨

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陈晨，清华大学化学系副教授、博士生导师，1983年11月出生。自2015年回国独立开展工作以来，专注于纳米复合催化剂的研究工作，针对纳米催化材料设计合成难点，着重从催化剂的结构、表界面化学性质出发，设计和调控催化剂的化学组成、形貌和表界面结构，探索材料结构和性能之间的构效关系，从原子级别上构建催化反应活性中心，全面提升材料催化性能。迄今已发表论文40余篇，包括Science、Nat. Catal.、Nat. Commun.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.、Chem. Sci.等，被引用2000余次。研究成果被美国能源部、Science Daily、Chemistry World等多家权威机构网站转载，并在Research Highlights、Perspectives或News & Views中评述报道。获得国际发明专利3项。2015年入选中组部“青年##计划”。

陈晨副教授

地址：北京市海淀区清华大学何添楼201

Email：cchen@mail.tsinghua.edu.cn

电话：010-62772350

教育背景

2002-2006 北京理工大学，化学系，学士

2006-2011 清华大学，化学系，博士

工作履历

2011-2014 美国加州大学伯克利分校，化学系，博士后

                   美国劳伦斯伯克利国家实验室，材料科学部，博士后

2015-至今   清华大学，化学系，副教授

研究领域

纳米材料、催化

奖励与荣誉

入选第十一批“青年##计划”

学术成果

代表性论文

[1] C. Chen, Y. Kang, Z. Huo, Z. Zhu, W.Huang, H.L Xin, J.D. Snyder, D. Li, J.A. Herron, M. Mavrikakis, M. Chi, K.L.More, Y. Li, N.M. Markovic, G.A. Somorjai, P. Yang,* V.R. Stamenkovic,* HighlyCrystalline Multimetallic Nanoframes with Three-Dimensional ElectrocatalyticSurfaces, Science, 2014, 343, 1339-1343.

[2] Y. Wu, D. Wang, G. Zhou, R. Yu, C.Chen,* Y. Li,* Sophisticated Construction of Au Islands on Pt-Ni: an IdealTrimetallic Nanoframes Catalyst, J. Am. Chem. Soc., 2014, 136, 11594-11597.

[3] C. Chen, C. Nan, D. Wang, Q. Su, H.Duan, X. Liu, L. Zhang, D. Chu, W. Song, Q. Peng, Y. Li,* Mesoporousmulticomponent nanocomposite colloidal spheres: ideal high-temperature stablemodel catalysts, Angew. Chem. Int. Ed., 2011, 50, 3725-3729.

[4] C. Chen, W. Chen, J. Lu, D. Chu, Z.Huo, Q. Peng, Y. Li,* Transition- metal phosphate colloidal spheres, Angew.Chem. Int. Ed., 2009, 48, 4816-4819.

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Adv. Mater.：MOF制备亚2 nm原子有序PdZn粒子作为乙炔选择性加氢的高性能催化剂

原子级有序的金属间化合物因其特殊的几何/电子结构在催化、材料等领域引起了日益广泛的关注。但是形成金属间相往往需要高温条件，因此很难制备小尺寸的金属间颗粒。例如，传统方法的高温熔化方法制备只能制备体相金属间化合物。液相路线可以通过配体辅助策略制备纳米级的金属间颗粒，但是不可避免地损失了部分表面位点。另外，当除去配体后往往又会发生颗粒的团聚。因此如何制备稳定的超小尺寸的金属间化合物仍然是一大挑战。本文通过金属有机骨架（MOF）限域-共同还原路线，成功制备了尺寸小于2 nm的金属间PdZn纳米颗粒。该途径借助ZIF-8C材料规则有序的孔结构，限域地将Pd与Zn同时还原，从而得到了尺寸均一小于2 nm的金属间PdZn纳米颗粒。值得一提的是由于ZIF-8C载体结构的稳定性，所制备的小尺寸的金属间PdZn纳米颗粒表现出了优异的耐热稳定性，并且通过该路线还可以制备小尺寸的金属间PtZn纳米颗粒，表现出了良好的普适性合成特点。

近日，中国清华大学的陈晨和中国科学院大学的周克斌等人，采用金属-有机骨架(MOF)限域-共还原策略，成功制备了亚2 nm金属间PdZn纳米粒子。研究者通过HAADF-STEM、HRTEM和EDS的详细表征，发现这些亚2 nm金属间PdZn纳米颗粒有效地嵌入ZIF-8C规则的孔道中。XRD、XPS和EXAFS的进一步表征，证实所制备的亚2 nm金属间PdZn纳米颗粒为原子级有序的金属相。乙炔选择性加氢测试评价结果进一步表明亚2 nm金属间PdZn颗粒表现出了优异的催化性能。实验测试结果以及密度泛函理论计算发现，与大尺寸的金属间PdZn相比，亚2 nm金属间PdZn颗粒在能量上更利于乙炔加氢和乙烯脱附，从而表现出了优良的催化活性与选择性。这一工作为通过有效的MOF功能化路线设计合成超细金属间化合物材料提供了可行思路和方法。相关成果以“MOF-Confined Sub-2 nm Atomically Ordered Intermetallic PdZn Nanoparticles as High-Performance Catalysts for Selective Hydrogenation of Acetylene”为题发表在Advanced Materials上。

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2018自然科学基金项目-CO2电催化还原反应中的催化剂表界面精细原子调控
批准号        21872076        学科分类        ( )
负责人        陈晨        职称                单位名称        清华大学
资助金额        66万元        项目类别        面上项目        起止年月        2019年01月01日 至 2022年12月31日

biyan

清华大学肖海教授和陈晨教授等人报道了一种“原子对催化剂”，该催化剂的特征是有两个相邻的铜原子，二者协同工作，在二氧化碳还原反应中完成关键的双分子步骤。该原子对催化剂具有稳定的Cu10-Cu1x+结构，Cu1x+吸附H2O分子，相邻的Cu10吸附CO2分子，从而促进了CO2的活化。使得生成CO的法拉第效率在92%以上，与之存在竞争的析氢反应几乎完全被抑制。实验表征和理论计算表明，由于吸附构型降低了活化能，使得该催化剂在相对较低的电位下具有较高的选择性、催化活性和稳定性。

Jiqing Jiao, Rui Lin, Shoujie Liu, , Hai Xiao*, Chen Chen* , Yadong Li et al. Copper atom-paircatalyst anchored on alloy nanowires for selective and efficientelectrochemical reduction of CO2. NatureChemistry, 2019

DOI: 10.1038/s41557-018-0201-x

https://www.nature.com/articles/s41557-018-0201-x

tianliang

2019年国家杰青资助项目通过最终的评审委员会评定，正式公布，清华大学化学系陈晨副教授申报的《纳米催化剂的理性设计和精准调控》获得资助。
陈晨，现任清华大学化学系副教授。2006年在北京理工大学获得学士学位，2011年在清华大学获得博士学位，2011年至2014年在美国加州大学伯克利分校、劳伦斯-伯克利国家实验室从事博士后研究工作，2015年在清华大学化学系任教至今。
主要从事无机材料、催化等领域的研究工作。在Science、Nat. Chem.、Nat. Catal.、Nat. Commun.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.等学术期刊发表论文60余篇。
2015年入选中组部青年##计划；2018年获得北京市杰出青年科学基金支持，荣获中国化学会青年化学奖；2019年获得国家杰出青年科学基金支持。

chunyu

空心纳米结构在催化领域拥有广泛的应用和优异的性能。近年来，在空心材料领域中，一个主要的问题是如何在空心化过程的复杂化学环境中构造精细的空心结构。与简单的球形空心结构和多晶空心结构相比，具有规则多面体形状和高结晶度的空心纳米结构往往表现出更独特的性质，可以作为研究形貌、暴露晶面和催化性能之间关系的理想模型。然而，由于尺寸较小的多面体结构会导致显著的应变和较高的表面能，且非贵金属本身的化学性质不够稳定，使得具有上述空心结构的非贵金属材料尺寸在难以控制在100 nm以下，在一定程度上限制了空心结构的系统研究和非贵金属材料的进一步应用。

        清华大学化学系陈晨老师、安徽师范大学陈郑老师及其研究团队报导了一种优化的自模板合成方法，首次制备了尺寸较小、形状规则、结晶度高的空心Cu2O纳米盒，并将其用于催化苯乙炔自偶联反应，获得了优异的催化性能。通过系统的表征和对空心纳米盒结构演化过程的研究，他们发现对于加热过程和溶液成分的精细控制有利于减少空心化过程中前驱体的结晶度降低和形貌退化。这一研究丰富了非贵金属空心结构的制备方法，加深了对于反应条件对精确合成影响的认识。相关工作发表在Small Methods（DOI: 10.1002/smtd.202000521）上。 相关工作得到了国家重点研发项目（973计划）、国家自然科学基金、北京市自然科学基金以及清华大学首创科研计划的资助。

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由于电解水阴极析氢（HER）和阳极析氧（OER）反应的动力学缓慢，因此必须发展高效的电催化剂以促进水的加速电解。相比于昂贵的Ir基和Pt基催化剂而言，Ru基催化剂最近在OER和HER领域引起了广泛关注。然而，大多数的Ru基催化剂制备方法复杂，并且在OER条件下会被严重氧化和溶解，导致稳定性较差，因此必须设计新型Ru基催化剂解决这个难题。单原子催化剂由于具有高的原子利用率在催化领域引起了广泛的兴趣，尤其是单原子可以调控贵金属催化剂周边原子的电子结构和局部原子构型，从而实现电催化性能的增强。
       鉴于此，清华大学陈晨教授等人通过一步水热法合成出一种嵌入在RuO2球中的Co单原子催化剂（Co-SAC/RuO2），实现了卓越的碱性OER和酸性HER性能，揭示了Co单原子在调控RuO2电子结构方面的独特作用。


        本文要点：
       1) 首先通过一步水热法合成出Co-SAC/RuO2，通过球差电镜、同步辐射等表征手段证实了嵌入在RuO2球中的Co单原子结构；
       2) Co单原子的嵌入可以调控周边Ru原子的电子结构，从而实现HER和OER性能的增强，在1.0 M KOH电解质中，Co-SAC/RuO2在10 mA cm-2电流密度下的OER过电位仅为200 mV，在0.5 M H2SO4电解质中的HER过电位为45 mV，并且均可以稳定地循环超过20小时；
       3) 实验和密度泛函理论（DFT）计算结果均表明，与RuO2相比，掺入Co单原子后，可以降低Co-SAC/RuO2的HER和OER的能垒，从而实现活性的增强。
        Khadim Shah, et al., Cobalt single atom incorporated in ruthenium oxide sphere: A robust bifunctional electrocatalyst for HER and OER. Angew. Chem. Int. Ed., doi: 10.1002/anie.202114951.