黄富强、王家成等在小分子氧化催化剂设计方面取得新进展

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电化学全解水是实现绿色氢气可持续生产最有前途的策略之一。然而，由于析氧反应（OER）动力学非常缓慢，全解水制氢需要消耗更高的能量。因此，用5-羟甲基糠醛氧化反应（HMFOR）来代替迟缓的OER可以在获得高价值化学品的同时显著降低过电位，降低能量消耗。贵金属基化剂被认为是碱性电解质中较好的HMFOR催化剂，但是由于成本高，储量稀缺阻碍了大规模应用。近年来，过渡金属催化剂对OER和HMFOR均表现出良好的活性。其中镍基化合物对于OER，其真正的活性物质最有可能以氢氧化物或羟基氧化物的形式存在。而与镍基OER相比，大尺寸生物质分子HMF的电氧化缺乏动力学驱动，这是由于绝缘NiOOH非晶态层的厚度增加(~50 nm)和不可控的深度重构降低了电子转移动力学。因此制备5 ~ 10 nm的超薄NiOOH层用于HMFOR有待进一步研究，以提高其稳定性和电化学活性。

　　近日，中国科学院上海硅酸盐研究所先进材料与新能源应用研究团队联合南方科技大学等共同合作研究，采用表面原位重构的策略，在NiMo3S4上构建了厚度为~5 nm的NiOOH层，对HMFOR具有良好的活性和稳定性。原位高价Mo-O配位和表面硫酸根阴离子基团有效地防止了表面深度氧化，形成了超薄的活性层，增加了电子转移动力学。表面重构后的NiMo3S4 (NiMo3S4-R)具有接近100%的HMF转化率、FDCA选择性和法拉第效率，显著高于单一硫酸根阴离子改性的NiOOH和纯NiOOH。此外，组装的NiMo3S4-R||NiMo3S4电解槽用于HMFOR||HER，仅用1.414 V的超低电压就达到10 mA cm-2的电流密度，优于商业的RuO2||Pt/C。
　　相关成果以“Surface-confined self-reconstruction to sulfate-terminated ultrathin layers on NiMo3S4 toward biomass molecule electro-oxidation”为题发表于Applied Catalysis B: Environmental期刊。上海硅酸盐所吴桐博士、博士生王寻路和南方科技大学博士生徐子安为论文共同第一作者。上海硅酸盐所黄富强研究员、王家成研究员和南方科技大学王湘麟教授为论文通讯作者。该研究工作得到了国家自然科学基金、上海市科委等项目的资助和支持。
　　文章链接： https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2022.122126.
          文章来源：上海硅酸盐所
       黄富强，上海硅酸盐所研究员，人社部百千万人才工程专家，国家杰出青年基金获得者、科技部重点领域创新团队负责人、国家重点研发计划首席科学家，中科院百人计划引进回国。围绕新能源材料的基础前沿及产业应用研究，取得的系列创新成果包括：1）发现了复杂晶体结构中原子基团的相似相聚特性，提出了多物理量协同的结构功能区新概念和堆积因子理论模型，发现了若干性能优异的新能源材料；2）提出了多尺度结构和性能的设计理论，发明了独特结构的类石墨烯和氮掺杂介孔少层碳，突破碳基双电层储能极限；3）发展出铜铟镓硒太阳能电池的低成本非真空新制备，完成兆瓦级中试，成功进行了示范电站的建立和运行。新型光电材料与器件的结构调控与性能优化项目，获上海市自然科学一等奖（2016年）、国家自然科学二等奖（2017年）。发表Science、Nature Mater.等在内的论文300余篇，他引13000余次，30余篇ESI高被引论文，入选2015、2016、2017年高被引学者。授权专利86项，其中13项专利许可费达1000万元。
         王湘麟，2016年9月加入南方科技大学材料科学与工程系。教授在南佛罗里达大学获得有机化学博士学位（1987-1992），之后在宾州大学化学系（1993-1995.10）及洛斯阿拉莫斯国家实验室化学科学技术部门（1995.10-1998.04）进行博士后研究。1998年4月-1999年10月，在洛斯阿拉莫斯国家实验室化学科学技术部门任职科学技术人员，1999年九月-2004年在洛斯阿拉莫斯国家实验室生物科学部门任研究员（项目主管），2004年9月-2012年在洛斯阿拉莫斯国家实验室化学部门任高级研究员（项目主管），2012年-2016年9月，在洛斯阿拉莫斯国家实验室化学部门任高级研究员（团队组长），2016年9月起，在南方科技大学工作，任材料科学与工程系讲座教授。在有机化学和高分子化学领域进行20余年研究。曾任美国能源部洛斯阿拉莫斯国家实验室计划主持人，和“导电聚合物应用与研发”团队负责人（Team Leader），研究领域含跨，有机功能材料、有机／无机复合材料（太阳能电池、能量存储与转换）、有机生物材料（生物相容性、传感器）以及纳米复合材料（催化、传感）的制备与研发。
            王家成,男，工学博士，中国科学院上海硅酸盐研究所研究员，中科院“百人计划”入选者。2000年毕业于南京工业大学材料科学与工程学院，获学士学位；2007年毕业于中国科学院上海硅酸盐研究所，获工学博士学位，攻读博士学位期间荣获严东生奖学金；先后在日本东京大学、德国德累斯顿工业大学和英国卡迪夫大学从事科研工作近6年；2013年入选中国科学院“引进海外杰出人才”（百人计划）并回所工作。累计在Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Funct. Mater., Energy Storage Mater., Sci. Rep., ACS Catal., Adv. Mater. Interfaces, Chem. Commun., J. Mater. Chem., Carbon等国际期刊上发表学术论文70余篇，被引用1500余次。担任Adv. Energy Mater., Adv. Funct. Mater., J. Am. Chem. Soc., Small, Biomater. Sci., Chem. Commun., Chem. Soc. Rev., Energy Environ. Sci.,等多个学术期刊的评审专家；担任国际学术期刊Nano Advances（ISSN 2415 – 1386, www.nanoadvances.org）的共同创刊主编。