蔡称心教授、吴萍副教授，JMCA文章：石墨炔负载双原子催化剂在电化学氮还原反应中对活性和选择性的挑战- 大数跨境

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蔡称心教授、吴萍副教授，JMCA文章：石墨炔负载双原子催化剂在电化学氮还原反应中对活性和选择性的挑战

科学材料站

2021-03-18

导读：该研究不仅为电催化氮还原中存在的活性和选择性问题提供了解决方案，还为如何筛选双原子催化剂用于电催化反应提供了重要参考。

文章信息

石墨炔负载双原子催化剂在电化学氮还原反应中对活性和选择性的挑战

第一作者：徐永康

通讯作者：蔡称心*，吴萍*

单位：南京师范大学

研究背景

氨是一种重要的化工原料和能量载体，氨的合成是化学里最重要的反应之一。在各种合成策略中，电催化氮还原（eNRR）可以在温和条件下实现氨的合成，已经成为传统的Haber-Bosch工艺的潜在替代方案。

然而，由于eNRR反应自身缓慢的动力学特征以及存在竞争反应（即析氢反应HER），导致eNRR反应的活性及选择性同时被严重制约。因此，在提高eNRR反应活性的同时抑制HER反应就成为解决该问题的关键。

文章简介

近日，南京师范大学蔡称心教授团队提出设计合理的异核双金属原子催化剂用于eNRR反应。在双原子催化剂中，Fe 和其他金属原子之间可以发生协同作用，不仅可以大幅降低eNRR反应的能垒，更能有效抑制HER反应。

因此相较于单原子催化剂，双原子催化剂在eNRR反应中表现出明显的优越性，同时具备高的催化活性和选择性。该团队选择以石墨炔材料为载体，构建了23种石墨炔支撑的含有Fe原子的异核双金属原子催化剂，通过密度泛函理论模拟进行了高通量的筛选，最终发现FeM-GDYs (M = Ni, Mo, and Cr) 在eNRR反应中同时具备高活性和选择性。

不仅如此，理论模拟结果和前期实验经验都表明FeM-GDYs (M = Ni, Mo, and Cr)催化剂具有良好的合成前景。因此，该研究不仅为电催化氮还原中存在的活性和选择性问题提供了解决方案，还为如何筛选双原子催化剂用于电催化反应提供了重要参考。

此研究成果以题为“Taming the challenges of activity and selectivity in the electrochemical nitrogen reduction reaction using graphdiyne-supported double-atom catalysts”的文章在国际知名期刊Journal of Materials Chemistry A上发表。

石墨二炔支撑的金属双原子催化剂对电催化氮还原的活性及选择性。

文章链接

Taming the challenges of activity and selectivity in the electrochemical nitrogen reduction reaction using graphdiyne-supported double-atom catalysts

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2021/ta/d1ta00262g#!divAbstract

通讯作者介绍

蔡称心教授。

教授，博士生导师。主要从事纳米材料的电催化机制，生物分析等方向的研究。1995年8月在南京师范大学工作至今，期间曾于1999年8月至2001年5月以及2004年9月至2005年8月先后在新加坡国立大学以及美国纽约市立大学从事博士后和访问学者研究。2001年被南京师范大学聘为教授。在J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed.， J. Mater. Chem. A, Chem. Commun., Anal. Chem., J. Phys. Chem., 中国科学，科学通报等国内外期刊上发表系列研究论文200余篇。

吴萍副教授。

2002年本科毕业于南京师范大学化学教育专业，获理学学士学位；2005年研究生毕业于南京师范大学物理化学专业，获理学硕士学位；同年8月留校工作；2013年南京师范大学生物物理化学专业毕业，获理学博士学位。2015年获副高职称，2016年被聘为硕士研究生导师。2016年至2017年在美国华盛顿大学进行访学交流。