武科大網(wǎng)訊 近期，我校冶金與能源學(xué)院倪紅衛(wèi)教授團(tuán)隊(duì)與上海大學(xué)等多家科研單位展開合作研究，在《ACS Nano》發(fā)表題為“Optimizing coordinated active sites of transition metal complexes: exploring metal-molecule interactions for governing CO₂-to-CO conversion”的重要研究成果（DOI:https://doi.org/10.1021/acsnano.4c15428）。

本論文的通訊作者為我校倪紅衛(wèi)教授、任曉輝副教授，以及上海大學(xué)的任龍教授。我校為本論文的第一完成單位。

該研究創(chuàng)新性地提出了一種金屬-分子協(xié)同催化新策略，通過(guò)調(diào)控過(guò)渡金屬配合物（Co(Ni)-bpy）與金屬銀的配位環(huán)境，揭示了分子催化劑通過(guò)電子轉(zhuǎn)移-活性位點(diǎn)動(dòng)態(tài)平衡調(diào)控CO?還原選擇性的微觀機(jī)制，為工業(yè)級(jí)合成氣的可控生產(chǎn)提供了重要的理論指導(dǎo)和技術(shù)支撐。

電催化CO?還原技術(shù)是實(shí)現(xiàn)"雙碳"目標(biāo)的關(guān)鍵路徑之一，其中合成氣（H?/CO）作為重要化工原料，其比例調(diào)控直接影響下游產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。傳統(tǒng)銀基催化劑具備本征的電催化CO₂還原為CO的活性，但存在反應(yīng)活性低、競(jìng)爭(zhēng)性析氫反應(yīng)嚴(yán)重等瓶頸問(wèn)題。針對(duì)上述挑戰(zhàn)，研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)課一種Ag/Co(Ni)-bpy復(fù)合催化劑，通過(guò)分子工程策略構(gòu)建了原子級(jí)分散的CO₂RR活性位點(diǎn)，利用金屬-分子間的強(qiáng)電子耦合作用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)反應(yīng)中間體（*COOH）的調(diào)控，顯著提升了催化選擇性和穩(wěn)定性。

 (a) Ag/Co(Ni)-bpy示意圖  (b) Ag/Co(Ni)-bpy中Co和Ni的EXAFS譜  (c) 不同比例Ag/Co(Ni)-bpy電催化CO₂活性  (d) 第一性原理計(jì)算研究

該研究從理論和應(yīng)用上揭示了分子催化劑與金屬基底間的電子轉(zhuǎn)移機(jī)制。實(shí)驗(yàn)證實(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)Co/Ni比例和施加電位，可在寬電位窗口內(nèi)實(shí)現(xiàn)13%-98%的CO法拉第效率精準(zhǔn)調(diào)控，H?/CO產(chǎn)出比可在0.02-6.67范圍內(nèi)靈活調(diào)節(jié)。這一成果為冶金工業(yè)尾氣資源化利用提供了新思路，在清潔能源開發(fā)和碳循環(huán)利用領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊應(yīng)用前景。

上述研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金和湖北省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等項(xiàng)目的支持。(冶金與能源學(xué)院)