专栏名称: 材料学网
材料界最具影响力的资源共享平台!发布基础知识、新闻资讯、科技服务、数值模拟、考研考博、论文写作、招聘信息、先进设备及产业应用等,服务于中国高校、企业及科研院所的发展,以及相应科研成果的推广、转让和咨询
目录
相关文章推荐
51好读  ›  专栏  ›  材料学网

北京理工大学新突破!登Nature子刊!

材料学网  · 公众号  ·  · 2025-03-06 21:00

正文


近日,北京理工大学教授、北理工长三院安全防护与智能运维团队负责人陈鹏万作为通讯作者,在 Nature Communications期刊 发表题为 “Transient pulsed discharge preparation of graphene aerogel supports asymmetric Cu cluster catalysts promote CO₂ electroreduction” 的研究论文,团队成员刘开源为论文第一作者,江苏大学孙中体、北京理工大学陈文星、高鑫为论文共同通讯作者。

Image
Image


设计非对称结构是优化金属催化剂用于电化学二氧化碳还原反应(CO₂RR)的有效策略。本研究展示了一种瞬态脉冲放电方法,用于快速构建石墨烯气凝胶负载的非对称铜纳米团簇催化剂。在CO₂RR中,该催化剂因其非对称结构和丰富的活性位点,显著提升了乙醇合成的选择性和活性。此外,铜纳米团簇与石墨烯气凝胶之间的强相互作用赋予了催化剂显著的长期稳定性。通过原位测试和密度泛函理论计算,研究揭示了Cu₄O-Cu/C₂O₁活性位点在反应中的关键中间体和机制。 本研究为平衡非对称结构催化剂的活性和稳定性提供了一种创新方法,推动了能源转化领域的发展。


Image

超快脉冲放电合成Cu Clu/GAs及形貌表征


电催化CO₂RR利用可再生能源将CO₂转化为高附加值化学品,是缓解能源和环境危机的绿色方案。但传统催化剂受限于碳-碳键耦合难、产物选择性低及易失活三大瓶颈,铜基催化剂虽在CO₂转化为多碳产物方面表现出潜力,但其选择性和稳定性仍需提升。团队独辟蹊径,提出 “非对称纳米团簇催化剂” 设计理念,利用微秒级脉冲放电技术,在石墨烯气凝胶表面精准构建原子级铜团簇(Cu Clu/GAs),其独特的Cu₄O-CuC₂O₁活性结构突破性能限制。


本研究的亮点包括:

催化剂性能: Cu Clu/GAs催化剂在电催化反应中对乙醇产物具有较高的选择性,同时电流密度显著提升,突破了传统催化剂产物混杂的技术瓶颈。该催化剂具有良好的稳定性,解决了同类催化剂易失活的难题,为工业化应用奠定基础。


催化机制: 通过原位X射线吸收谱、近常压光电子能谱及密度泛函理论计算,揭示了非对称铜活性位点促进碳-碳键定向耦合的微观机制,为催化剂理性设计提供理论支撑。


普适性催化剂合成平台: 本研究中提到的方法普适性强,可用于多种纳米结构导电碳材料基体的脉冲放电处理,可实现在负载原子种类、含量、与基体复合结构等多个方面进行大范围精确调控。


这项工作显著提升了可持续CO₂利用的可行性,从而支持全球向碳中和目标的过渡。同时,本研究构建的快速非平衡合成平台,适用于可再生能源储能、绿色化工合成等多元场景。该成果有望 应用于可再生能源储能、化工原料绿色合成等领域,助力“双碳”战略目标实现。



团队介绍 /







请到「今天看啥」查看全文