杜爱军教授、潘辉教授、何天威博士， JMCA：铜-硼界面工程调控CO吸附将其高效转化为乙醇- 大数跨境

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杜爱军教授、潘辉教授、何天威博士， JMCA：铜-硼界面工程调控CO吸附将其高效转化为乙醇

科学材料站

2021-05-24

导读：该研究工作设计了一种Cu-B界面作为催化CO高效转化为C2产物的催化剂，并展示了这种利用金属和非金属协同作用调节催化反应过程中中间产物吸附行为的策略，为今后设计高效催化剂提供新的途径。

文章信息

铜-硼界面工程调控CO吸附将其高效转化为乙醇

第一作者：何天威

通讯作者：杜爱军*，潘辉*，何天威*

单位：澳大利亚昆士兰科技大学，澳门大学

研究背景

将CO2/CO 转化为含C,H或C, H, O的燃料以最终实现C循环是当前达成C中和的最有效的途径之一。目前将CO2转化为CO效率已经可以解决100%，然而将CO进一步转换为更高价值的C2+产物还处于初级阶段，其中最具挑战的是寻找廉价高效的催化剂来降低C-C偶联能垒以及实现高选择性的生成特定产物。

本工作在目前Cu基催化剂基础上利用非金属B纳米带修饰Cu(111) 表面，在Cu-B界面处产生丰富活性位点，将CO 高效转化为C2H5OH。同时提出了构建1D-2D界面以及结合金属和非金属相互协同作用的催化剂设计理念，为设计高效廉价催化剂提供新的思路。

文章简介

近日，来自澳大利亚昆士兰科技大学的杜爱军教授与澳门大学的潘辉教授合作，在国际知名期刊Journal of Materials Chemistry A上发表题为“Tuning CO Binding Strength via Engineering Copper/Borophene Interface for Highly Efficient Conversion of CO into Ethanol”的研究文章。

该研究工作设计了一种Cu-B界面作为催化CO高效转化为C2产物的催化剂，并展示了这种利用金属和非金属协同作用调节催化反应过程中中间产物吸附行为的策略，为今后设计高效催化剂提供新的途径。

图1. 1D B烯纳米带负载在Cu(111) 表面，Cu-B界面提供丰富的活性位点将CO转化为C2H5OH。

本文要点

要点一：构筑1D/2D Cu-B界面活性位点

2D硼烯最近在Cu(111)面上实现大面积生长为构建Cu-B界面提供了坚实的实验基础[Nat. Nanotech. 2019, 14 (1), 44.]。硼烯在Cu表面生长过程或产生许多的线缺陷，比如B纳米线，纳米岛等。这将形成许多Cu-B界面，为催化反应提供丰富的活性位点。

本工作将1D硼纳米线负载在Cu(111)表面，利用非金属B修饰金属Cu表面来调节CO吸附行为从而实现高效的CO催化转化。

要点二：金属Cu和非金属B协同作用调节CO吸附能

CO耦合是生产C2产物最重要的一个反应步骤， CO吸附能既不能太高也不能太低，纯Cu（111）表面CO吸附太弱，硼烯表面吸附CO作用太强，都会产生非常高的C-C耦合能垒。

然而在Cu-B界面吸附CO时，CO吸附能介于两者之间，从而大大降低了C-C耦合动力学能垒。这种协同作用主要源于反对称的金属与非金属的d-p轨道耦合调节了CO吸附能。

要点三：Cu-B界面附近产生混合Cu0和Cu+

Cu-B界面处Cu原子失去电子产生氧化态的Cu，在远离界面处的Cu仍然保持Cu0价态，这中Cu表面的Cu0和Cu+混合价态也促进了CO高活性和高选择性生成C2H5OH。

本文链接

“Tuning CO Binding Strength via Engineering Copper/Borophene Interface for Highly Efficient Conversion of CO into Ethanol”

https://doi.org/10.1039/D1TA02355A

通讯作者介绍

杜爱军教授。

2002年获复旦大学博士学位，目前是澳大利亚昆士兰科技大学化学与物理学院的终身教授。研究领域涉及化学、物理和工程，专注于利用先进的理论建模方法设计和开发用于能源、电子和环境应用的创新材料。以通讯作者身份在Phys. Rev. Lett., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Nano Lett. 等学术刊物上发表多篇研究论文。2020年科睿唯安“高被引科学家”，至今已发表超过300篇SCI科学论文，被引用次数超过18,000余次，H因子63。

潘辉教授。

2006年获新加坡国立大学物理学博士学位，目前是澳门大学应用物理与材料工程研究所的教授，也是澳门大学科技学院物理与化学系的创始主任。研究领域涉及采用计算和实验相结合的方法设计和合成新型纳米材料，用于能量转换和存储(如电催化、光催化、水裂解、N2/CO2还原、超级电容器、储氢和燃料电池)、电子设备、自旋电子学和量子设备。以通讯作者身份在Phys. Rev. Lett., Adv. Energy Mater., Adv. Funct. Mater., Apply. Catal. B 等学术刊物上发表多篇研究论文。至今已发表超过200篇SCI科学论文，被引用次数超过9,300余次，H因子48。

第一作者介绍

何天威博士。

2020年获澳大利亚昆士兰科技大学博士学位，现为澳门大学博士后研究员。研究的主要目标是通过理论计算开发和设计高活性、高选择性、稳定和廉价的催化剂，以最终实现大规模应用。目前以第一作者身份在J. Am. Chem. Soc., Small methods, J. Catal., J. Mater. Chem. A, Nano Res. 等学术刊物上发表多篇研究论文。至今已发表超过30篇SCI科学论文，被引用次数超过860余次，H因子17。