海南大学王志同&邓培林&田新龙教授团队，Chem. Soc. Rev.：稳定催化剂氧化态以实现高效电化学CO2转化

第一作者：王志同

通讯作者：邓培林*，田新龙*

单位：海南大学

利用可再生能源将CO₂转化为高附加值碳基化学品及燃料，是实现绿色可持续发展和我国“双碳”目标的关键途径。电催化二氧化碳还原反应（CO₂RR）中，绝大多数具有氧化态的金属催化剂相比其金属态具有更高的催化活性与产物选择性。然而，在反应过程中，催化剂由氧化态向金属态的还原重构会不可避免地造成催化性能与寿命的衰减。因此，在CO₂RR所需的负还原电位下，维持金属氧化态活性位点的稳定性极具挑战。

近日，来自海南大学的王志同副研究员、邓培林副研究员与田新龙教授，在国际著名综述期刊Chem. Soc. Rev.上发表题为“Stabilizing the oxidation state of catalysts for effective electrochemical carbon dioxide conversion”的综述文章。该综述从CO₂RR基础出发，强调了氧化态稳定的重要性；全面回顾了近年来CO₂RR领域中有关氧化态稳定的研究策略，揭示了氧化态动态演变与产物分布的相关性。随后，详细阐述了各种氧化态保护策略的作用机制，并强调了在氧化态稳定研究中原位检测技术的应用场景与技术限制。最后，对氧化态稳定研究未来的发展方向作出展望，旨在进一步利用氧化态稳定策略加速推进CO₂RR技术的规模化推广应用。

在实时催化反应中，金属活性位点的价态会在金属态与氧化态间动态波动。价态的改变意味着活性位点电子结构的重新分布，从而改变了催化材料对关键反应中间体的吸附强度，导致了还原产物选择性会随着价态的变化而改变。这一现象引发了建立催化剂动态氧化态与 CO₂RR 产物分布间相关性的探索。

催化剂自还原现象的发生可归因于催化剂在一定偏压条件下表面原子迁移和空间电荷分布之间的相互作用结果。对于化学键能弱（原子迁移率高）或导电性差（电荷分布不均匀）的催化剂，CO₂RR 过程中的还原重构难以避免。在开发设计具有稳定氧化态金属基催化剂的研究中，已有研究者提出了诸如碳层保护、应力工程以及微环境调控等开创性方法。在本文中，根据不同氧化态稳定策略的基本作用机制，将其分为自抵抗还原、辅助抗还原和再氧化生成三部分，从而全面展示CO₂RR中氧化态保护领域取得的突破和进展。

精准揭示催化剂在CO₂RR 过程中的实时价态演变是开发和验证氧化态稳定策略的前提及基础。当阴极偏压在反应结束后被移除，电解液和空气参与的自发再氧化作用会严重干扰催化剂真实价态检测的准确性，从而使氧化态保护策略的功能机制分析复杂化。针对上诉问题，开发包括原位 XRD、原位Raman、原位XPS 和 原位XAS 在内的先进原位检测技术平台将成为在线监测催化位点动态演变过程的强有力工具。

Stabilizing the oxidation state of catalysts for effective electrochemical carbon dioxide conversion

王志同，海南大学副研究员，博士生导师，荣获海南省自由贸易港“D类人才”，海南省“青年五四集体奖章”；2021年6月于华中科技大学获得工学博士学位，2022年7月加入海南大学海洋清洁能源创新团队。主要研究领域为高效电催化CO₂还原催化剂的设计与反应器件优化。目前，以第一作者在Angew. Chem. Int. Edit.，Adv. Mater.，Adv. Energy Mater.等高水平期刊杂志上发表SCI论文10余篇，其中2篇为ESI高被引论文；主持国家自然科学基金青年科学基金1项，海南大学高层次人才科研启动项目1项。

邓培林，海南大学副研究员，博士生导师。现为海南大学海洋清洁能源创新团队（负责人为田新龙教授）海洋碳循环方向负责人。荣获海南省拔尖人才、海南省科学技术进步二等奖、海南青年五四奖章集体和海南大学首届优秀研究生导师团队。聚焦天然气水合物中甲烷和二氧化碳资源化利用的关键挑战，开展了催化剂结构设计-可控合成-构效关系解析研究，在高效催化剂设计合成、活性位点识别与催化机制解析等方面取得了一系列新进展。近五年，申请人以第一作者或通讯作者在Nat. Commun., Angew. Chem. Int. Edit., Adv. Funct. Mater.和J. Energy Chem.等期刊发表SCI论文30余篇，4篇文章入选ESI高被引论文；谷歌学术检索获引用＞2100次，H指数23；获授权国家发明专利4项；先后主持6项国家级和省部级基金项目；参与海南省重大科技计划项目和中国工程院重大战略咨询项目等。

田新龙，海南大学海洋科学与工程学院副院长，国家青年拔尖人才；海南大学“海洋清洁能源创新团队”负责人，团队荣获2022年海南省自然科学奖一等奖、2023年海南青年五四奖章集体；担任海南省电化学储能与能量转换重点实验室副主任、智慧海洋能源与深海资源开发工程研究中心副主任；长期从事电化学能量转换与存储领域的应用基础研究，包括氢燃料电池、海水制氢和海水电池等。以第一/通讯作者在Science等期刊上发表SCI论文120余篇；主持国家级项目5项，授权国家发明专利12项、美国发明专利1项；担任J. Energy Chem., eScience, Carbon Energy等期刊青年编委；获得《麻省理工科技评论》亚太区“35岁以下科技创新35人”、侯德榜化工科学技术青年奖、海南青年科技奖等荣誉。

田新龙课题组网站：www.tianxinlong-lab.com