大連化物所劉岳峰課題組與合作者《Chem. Soc. Rev.》綜述：二氧化碳甲烷化催化機(jī)制
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近日，大連化物所能源研究技術(shù)平臺電鏡技術(shù)研究組 劉岳峰 副研究員和意大利墨西拿大學(xué)、國際催化學(xué)會(huì)理事會(huì)主席 Gabriele Centi 教授及 四 川大學(xué) 儲偉 教授 等合作發(fā)表了CO 2 甲烷化催化機(jī)制的Tutorial Review綜述文章。 該綜述以“ Understanding complexity in bridging thermal and electro‐ catalytic methanation of CO 2 ”為題，于近日發(fā) 表在 Chemical Society Reviews 。 該工作的第一作者是大連化物所與四川大學(xué) 聯(lián)合培養(yǎng)博士研究生 康輝 和 馬軍 。
CO 2 甲烷化是實(shí)現(xiàn)凈零排放目標(biāo)的一個(gè)重要的研究方向，對開發(fā)碳中和、氫利用、碳循環(huán)和化學(xué)能儲存的解決方案至關(guān)重要。它可以替代天然氣，并且方便的引入現(xiàn)有的天然氣輸配網(wǎng)絡(luò)和地下儲氣系統(tǒng)，可以方便地取代化石燃料的使用。這種轉(zhuǎn)換可以通過基于電解水制氫+熱催化的多步Power-to-X（PtX）路線或直接電（或光電）催化技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。
本綜述中，合作團(tuán)隊(duì)首先介紹了基于Sabatier 原理的熱催化劑設(shè)計(jì)策略：關(guān)鍵反應(yīng)物的競爭吸附和調(diào)節(jié)策略，以促進(jìn)CO 2 甲烷化熱催化劑的整體行為（表面結(jié)構(gòu)-吸附解離特性-反應(yīng)性能）。合作團(tuán)隊(duì)分析了采用這種簡化的熱催化模型進(jìn)行電催化劑設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，提出熱催化和電催化過程不只是能量種類的差別；強(qiáng)調(diào)了電催化過程中由于定向電荷轉(zhuǎn)移過程的存在，導(dǎo)致除了催化劑固有表面特性以外，局域電場、質(zhì)量傳遞、能量傳遞過程等都對本征電催化性能存在重要影響，這在當(dāng)前的電催化劑設(shè)計(jì)中往往容易被忽視。目前，熱催化劑的設(shè)計(jì)策略如“Sabatier 原理”等已經(jīng)應(yīng)用到電催化劑的設(shè)計(jì)中，并取得了一些成果，但其在機(jī)理認(rèn)識中仍然存在缺陷。該綜述將有助于理解通過熱催化和電催化兩種方式轉(zhuǎn)化CO 2 分子的復(fù)雜性，助力CO 2 加氫高效催化劑的開發(fā)。
近年來， 劉岳峰 等在CO/CO 2 能源小分子的高效轉(zhuǎn)化催化劑的設(shè)計(jì)以及原位過程中微觀結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)演變方向取得了一系列進(jìn)展，包括CO 2 活化與轉(zhuǎn)化（ Adv. Mater. , 2022； Appl. Catal. B , 2020； J. Energy Chem. , 2020； Small , 2021； Adv. Energy Mater. , 2021）、CO加氫轉(zhuǎn)化（ Nat. Commun. , 2016； ACS Catal. , 2020； ACS Catal. , 2021）、加氫催化劑的原位結(jié)構(gòu)解析（ Angew. Chem. Int. Ed. , 2020； Sci. Adv. , 2022）等。
上述工作得到國家自然科學(xué)基金、遼寧省興遼英才計(jì)劃、中科院潔凈能源創(chuàng)新研究院合作基金、榆林創(chuàng)新院人工智能科技專項(xiàng)等項(xiàng)目的資助。
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https://doi.org/10.1039/D2CS00214K
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