中国科学院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室邓德会

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邓德会，男，中共党员，博士，中国科学院大连化学物理研究所研究员，中科院大连化物所“百人计划”，张大煜青年学者。2007年于四川大学获双学士学位，师从石碧院士、廖学品教授；2013年于中科院大学获博士学位，师从包信和院士、潘秀莲研究员；2013年破格入选大连化物所“百人计划”，副研究员，2015年受聘为厦门大学iChEM研究员，2015 -2016年美国斯坦福大学访问学者（合作导师：戴宏杰院士），2017年破格晋升为大连化物所研究员。

姓名：邓德会        
性别：男
类别：研究员        
学科：物理化学
职称：研究员        
学历：博士研究生
电话：0411-84379128        
Email：dhdeng@dicp.ac.cn
地址：大连市中山路457号        
邮编： 116023        
简历介绍：
　　
　　主要从事贵金属替代纳米催化剂相关的研究工作，涉及二维纳米材料及其杂化材料的表界面调控及催化基础和应用方面的研究。在Science（1篇）、Nat. Nanotechnol.（1篇）、Nat. Commun.（1篇）、Sci. Adv.（1篇）、Angew. Chem. Int. Ed.（4篇）、Energy Environ. Sci.（3篇）、Nano Energy（2篇）、Adv. Mater.（1篇）、ACS Nano（1篇）和Chem. Sci.（1篇）等国际知名刊物上发表SCI论文35篇（IF大于10论文14篇），其中第一作者或通讯作者论文30篇，文章总引用2400余次。申报国内外发明专利17件，已授权5件。主持科技部首批“国家重点研发计划”（首席青年科学家）项目、中科院首批“前沿科学研究重点计划”（拔尖青年科学家）项目、国家自然科学基金、中科院大连化物所“百人计划”项目、Topsøe公司项目等。曾获首届全国创新争先奖牌奖（第四完成人）（2017）、国际催化青年科学家奖（2016）、中国纳米化学新锐奖（2016）、辽宁省百千万人才工程“千层次”（2016）、中科院沈阳分院优秀青年科技人才奖（2016）、中科院“青年促进会会员”（2015）、中国催化新秀奖（2014）等荣誉。目前担任《Journal of Energy Chemistry》和《Chinese Chemical Letters》期刊青年编委。被《Angewandte Chemie International Edition》评为2016年度杰出审稿人（Outstanding Referees, top 5%）。
研究方向：
（1）贵金属替代催化剂
（2）二维催化材料的设计与合成
（3）小分子O2、H2、H2O、CO、CH4等的催化活化或转化
（4）能源催化与过程（C1化学、水电解、燃料电池等）
获奖及荣誉：

代表论著：
1. Jiao Deng, Haobo Li, Suheng Wang, Ding Ding, Mingshu Chen, Chuan Liu, Zhongqun Tian, K. S. Novoselov, Chao Ma, Dehui Deng*, Xinhe Bao*，Multiscale structural and electronic control of molybdenum disulfide foam for highly efficient hydrogen production, Nat. Commun. 2017, 8, 14430.
2. Xiaoqi Chen, Liang Yu, Suheng Wang, Dehui Deng*, Xinhe Bao*, Highly active and stable single iron site confined in graphene nanosheets for oxygen reduction reaction, Nano Energy 2017, 32, 353-358.
3. Yunchuan Tu, Haobo Li, Dehui Deng*, Jianping Xiao, Xiaoju Cui, Ding Ding, Mingshu Chen, Xinhe Bao*, Low charge overpotential of lithium-oxygen batteries with metallic Co encapsulated in single-layer graphene shell as the catalyst, Nano Energy 2016, 30, 877-884.
4. Dehui Deng, K. S. Novoselov*, Qiang Fu, Nanfeng Zheng, Zhongqun Tian*, Xinhe Bao*, Catalysis with two-dimensional materials and their heterostructures, Nat. Nanotechol. 2016, 11, 218-230.
5. Xiaoju Cui, Jianping Xiao, Yihui Wu, Peipei Du, Rui Si, Huaixin Yang, Huanfang Tian, Jianqi Li, Wen‐Hua Zhang*, Dehui Deng*, Xinhe Bao, A Graphene Composite Material with Single Cobalt Active Sites: A Highly Efficient Counter Electrode for Dye‐Sensitized Solar Cells, Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 6708-6712.
6. Xiaoju Cui, Pengju Ren, Dehui Deng*, Jiao Deng, Xinhe Bao*, Single layer graphene encapsulating non-precious metals as high-performance electrocatalysts for water oxidation, Energy Environ. Sci., 2016, 9, 123-129.
7. Dehui Deng*, Xiaoqi Chen, Liang Yu, Xing Wu, Qingfei Liu, Yun Liu, Huaixin Yang, Huanfang Tian, Yongfeng Hu, Peipei Du, Rui Si, Junhu Wang, Xiaoju Cui, Haobo Li, Jianping Xiao, Tao Xu, Jiao Deng, Fan Yang, Paul N. Duchesne, Peng Zhang, Jigang Zhou, Litao Sun, Jianqi Li, Xiulian Pan, and Xinhe Bao*, Single iron site confined in graphene matrix for catalytic oxidation of benzene at room temperature, Sci. Adv., 2015, 1, e1500462.
8. Jiao Deng, Pengju Ren, Dehui Deng*, Xinhe Bao*, Enhanced Electron Penetration through an Ultrathin Graphene Layer for Highly Efficient Catalysis of the Hydrogen Evolution Reaction, Angew. Chem. Int. Ed., 2015, 54, 2100 –2104.
9. Jiao Deng, Haobo Li, Jianping Xiao, Yunchuan Tu, Dehui Deng*, Huaixin Yang, Huanfang Tian, Jianqi Li, Pengju Ren, Xinhe Bao*, Triggering the electrocatalytic hydrogen evolution activity of inert two-dimensional MoS2 surface via single-atom metal doping, Energy Environ. Sci., 2015, 8, 1594-1601.
10. Xiaoqi Chen, Jianping Xiao, Jian Wang, Dehui Deng*, Yongfeng Hu, Jigang Zhou, Liang Yu, Thomas Heine, Xiulian Pan, Xinhe Bao*, Visualizing electronic interactions between iron and carbon by X-ray chemical imaging and spectroscopy, Chem. Sci. 2015, 6, 3262-3267.
11. Xiaojia Zheng, Jiao Deng, Nan Wang, Dehui Deng*, Wen-Hua Zhang*, Xinhe Bao, Can Li, Podlike N-Doped Carbon Nanotubes Encapsulating FeNi Alloy Nanoparticles: High-Performance Counter Electrode Materials for Dye-Sensitized Solar Cells, Angew. Chem. Int. Ed., 2014, 53, 7023-7027.
12. Jiao Deng, Pengju Ren, Dehui Deng*, Liang Yu, Fan Yang and Xinhe Bao*, Highly active and durable non-precious-metal catalysts encapsulated in carbon nanotubes for hydrogen evolution reaction, Energy Environ. Sci., 2014, 7, 1919-1923.
13. Xiaoguang Guo, Guangzong Fang, Gang Li, Hao Ma, Hongjun Fan, Liang Yu, Chao Ma, Xing Wu, Dehui Deng, Mingming Wei, Dali Tan, Rui Si, Shuo Zhang, Jianqi Li, Litao Sun, Zichao Tang, Xiulian Pan, Xinhe Bao*, Direct, Nonoxidative Conversion of Methane to Ethylene, Aromatics, and Hydrogen, Science, 2014, 344, 616-619.
14. Dehui Deng, Liang Yu, Xiaoqi Chen, Guoxiong Wang, Li Jin, Xiulian Pan*, Gongquan Sun, Xinhe Bao*, Iron encapsulated within Pod-like carbon nanotubes for oxygen reduction reaction, Angew. Chem. Int. Ed., 2013, 52, 371-375.
15. Dehui Deng, Xiulian Pan*, Hui Zhang, Qiang Fu, Dali Tan, Xinhe Bao*, Freestanding graphene by thermal splitting of silicon carbide granules, Adv. Mater., 2010, 22, 2168-2171.

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近日，iChEM研究员、大连化学物理研究所邓德会研究员因其在催化化学领域的贡献，在日本化学会第98届年会上获杰出报告奖“The Distinguished Lectureship Award”。该奖项是日本化学会（The Chemistry Society of Japan）为表彰亚洲各国在化学研究领域做出杰出贡献的优秀青年科学家而设立的，旨在加强亚洲年轻化学家的交流，促进科研合作。
邓德会致力于二维材料的表界面调控和能源小分子催化转化方面的研究工作，与研究团队一起在国际上率先提出“铠甲催化”的概念，为非贵金属催化剂在苛刻环境中的应用提供了一条新的研究思路。在此次年会上，邓德会应邀作了题为“Catalytic Conversion of Energy Molecules with 2D Materials”的主题报告，介绍了研究团队近年来在二维材料及能源小分子催化转化方面的相关成果。随后，东京都立大学Tetsuya Shishido教授为邓德会颁发了“The Distinguished Lectureship Award”荣誉证书。

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2017年度“长江学者奖励计划”入选名单正式公布，大连理工大学10人入选，其中特聘教授3人，讲座教授2人，青年学者5人。大连理工大学-中国科学院大连化学物理研究所张大煜学院邓德会研究员入选青年学者“长江学者奖励计划”，受聘岗位为工业催化。。

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大连化物所邓德会综述：二维MoS2在催化领域的兴起

由于大部分工业化学过程（如能源、制药、食品以及材料生产等）都是以催化剂为基础的，因此催化剂（尤其是多相催化剂）在化学领域占据着至关重要的地位。对于多相催化，探索具有优异性能（如高活性、高选择性以及高稳定性）的催化材料至关重要。近来，各种新颖且具有独特结构和电学性质的二维（2D）材料，如石墨烯、六方氮化硼、层状氧化物和其他二维层状过渡金属二硫化物（TMDCs），已经在多相催化领域引起了极大的研究兴趣。

MoS2是一种由三个原子（S-Mo-S）组成的典型2D层状TMDCs，这三个原子通过范德华力堆叠在一起，且具有三种物相：1T、2H和3R。在层状结构中，每层的厚度通常是6-7 Å，并且形成由两层硫原子层夹着一层金属原子的六方填充层的“三明治”夹心结构。从本质上来说，层内Mo-S键主要是共价键，而夹层则由弱的范德华力支撑，这样就使得晶体表面层容易剥离。尽管MoS2具备这些特殊的物理结构，但其所拥有的独特电子、光学和力学性质以使其可以用于催化反应，如常规的多相催化、电催化和光催化。然而，纯2D MoS2的本征活性较差，限制其在多相催化中的应用。因此，提高2D MoS2的本征活性的新策略引起了科研人员极大的研究兴趣。

二维MoS2由于其与块体结构的材料相比具有优异的结构和电子性质而被用于催化剂或者载体，同时，也受到了越来越多的研究兴趣。近日，中国科学院大连化学物理研究所的邓德会教授（通讯作者）在Frontiers of Physics上发表题为“The rise of two-dimensional MoS2 for catalysis”的综述文章，系统地介绍了2D MoS2的基本结构、提高其活性位点的策略以及在热催化、电催化、光催化和其他化学反应中的应用。论文说明了2D MoS2的活性位点以及能够提高其本征催化活性的各种策略，并且讨论了2D MoS2基材料在基础研究和工业应用等领域所面临的机遇与挑战。

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报 告 ：二维材料表界面化学与能源小分子催化转化

　　主讲嘉宾：邓德会 研究员（中科院大连化学物理研究所）

　　时　　间：7月11日（周三）14:30-17:00

　　地　　点：中国科学院金属研究所李薰楼468会议室

　　报告一简介：

　　贵金属替代催化剂已成为电催化和传统多相催化中一个重要的研究课题。然而，非贵金属稳定性较差，尤其是在强酸性、强碱性、高的过电位或高温下容易导致非贵金属催化剂的腐蚀、氧化或烧结，从而造成催化剂的不稳定，甚至失活，严重制约了非贵金属催化剂在苛刻反应条件下的应用，急需在催化材料、催化过程和催化概念上的创新研究。近年来，以石墨烯、硫化钼等为代表的二维材料引起了催化研究学者的广泛关注，这些材料电子结构独特、比表面积高、结构稳定，从而为催化剂的设计和开发提供了更多的选择空间。报告人和研究团队近年来致力于廉价二维催化材料及其杂化结构的可控、宏量制备和表界面调控等方面的研究工作，在小分子如O2、H2、H2O、CO、CH4、CH3OH等催化活化方面取得了系列重要进展。在国际上率先提出二维层状材料保护活性金属纳米粒子的“穿透”电子催化的概念，相关原理得到了国际同行的认可，并被形象地描述成为催化剂“穿铠甲”，为非贵金属催化剂在苛刻环境中的应用提供了一条新的研究思路。

　　主讲嘉宾一简介：

　　邓德会，研究员，博士，1984年10月生，教育部青年长江学者，国家重点研发计划青年首席科学家，中科院大连化物所“百人计划”。2007年本科毕业于四川大学；2013年博士毕业于中科院大连化物所，并破格入选大连化物所百人计划；2015-2016年在美国斯坦福大学做访问学者。2017年9月至今，任二维材料与能源小分子转化研究组组长，从事二维材料的表界面调控及能源小分子催化转化方面的研究，在国际上率先提出 “铠甲”催化的概念，为非贵金属催化剂在苛刻条件下的应用提供了新思路。在Science、Nat. Nanotechnol.、Chem、Nat. Commun.、Sci. Adv.、Angew. Chem. Int. Ed.、Energy Environ. Sci.、Adv. Mater.、Nano Energy等国际知名刊物上发表 SCI 论文40余篇，第一作者和通讯作者论文34篇；SCI总引用4000余次；1篇代表论文入选2016年度“中国百篇最具影响国际学术论文”，相关工作多次被C&E News和相关刊物作亮点评述。申报国内外发明专利25件，已授权8件。主持科技部首批“国家重点研发计划”项目、中科院首批“前沿科学研究重点计划”项目、Tops？e公司项目等10余项项目。曾获日本化学会“The Distinguished Lectureship Award”奖（2018）、中国化学会青年化学奖（2017）、首届全国创新争先奖牌奖（团队奖）（2017）、国际催化大会青年科学家奖（2016）、中国纳米化学新锐奖（2016）、中国催化新秀奖（2014）等荣誉。

fengzi

邓德会Angew.：M-N4催化CO2电还原机理研究

Z. Zhang等人结合DFT理论计算和实验结果发现，在众多具有M-N4配位结构的过渡金属酞氰配合物中，酞氰Co在CO2电还原反应中表现出较高的反应性能。得益于该结构中Co位点较弱的CO吸附能，可以有效促进*COOH物种的形成和*CO物种的脱附，从而使得其CO法拉第效率可以达到99%。

Zhang Z,Xiao J, Deng D, et al. Understanding the reaction mechanisms of well-definedmetal-N4 sites in electrocatalytic CO2 reduction[J]. Angewandte Chemie International Edition, 2018.

DOI: 10.1002/anie.201808593

http://dx.doi.org/10.1002/ange.201808593

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包信和&邓德会Chem. Rev.：二维材料限域单原子催化剂！

二维材料和单原子催化剂是目前催化领域的两大前沿研究领域，融合二者优势的二维材料限域单原子催化剂也逐渐引起广大科学家的关注。包信和与邓德会研究团队在该领域做出了重要贡献。本篇综述中，他们详细介绍了二维材料限域单原子催化剂的相关概念，构想以及催化应用，并对整个领域的机遇与挑战做出了展望。

Wang Y, Mao J, Meng X, et al. Catalysis with Two-DimensionalMaterials Confining Single Atoms: Concept, Design, and Applications[J]. Chemical Reviews, 2018.

DOI: 10.1021/acs.chemrev.8b00501

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemrev.8b00501

chunguang

单一活性中心高效电催化二氧化碳还原

CO2的固定和利用不仅有利于缓解温室效应，同时还可以将其转化成燃料和化学品，对全球可持续发展具有重要战略意义。电催化还原CO2反应可以在温和的条件下，直接利用得到的电子并结合水中的质子来还原CO2，从而实现高效的碳循环。近日，中科院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室邓德会研究员团队在金属-N4活性中心高效电催化CO2还原研究中取得新进展。这一成果近期发表在《德国应用化学》（Angew. Chem. Int. Ed.）上。

金属-氮-碳是一类具有优异电催化CO2还原性能的催化剂，但目前的制备方法很难获得结构明确且均一的金属-氮-碳催化剂，严重制约了对该类催化剂活性中心及催化反应机理的认识。为了探究该类催化剂的反应机理及不同金属中心的活性趋势，该研究团队在长期对金属-N4活性中心结构认识及其催化反应研究（Sci. Adv., 2015, 1, e1500462; Nat. Nanotechnol.,2016, 11, 218; Angew. Chem. Int. Ed., 2016, 55, 6708; Nano Energy, 2017, 32, 353; Chem, 2018, 4, 1902）的基础上，利用具有明确金属-N4结构的系列3d 金属酞菁（MePcs）作为模型催化剂，结合理论计算、电化学实验及同步辐射X射线原位吸收谱对该体系进行了系统深入的研究。

lianghui

大连化物所发表二维材料限域单原子催化研究综述文章

中国科学院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室研究员邓德会、中科院院士包信和团队在二维材料限域单原子催化研究方面的工作受到国际同行的广泛关注。近期，该团队受邀在Chemical Reviews 期刊上发表以Catalysis with Two-Dimensional Materials Confining Single Atoms: Concept, Design, and Applications 为题的综述文章，并被该期刊选为当期封面文章。

　　催化剂的性能与其几何和电子结构密切相关。二维材料由于独特的几何和电子特性不仅可以直接作为催化剂，同时也是一类理想的催化载体；单原子因其配位不饱的状态，以及易于调变的电子特性近来备受催化研究人员的关注。近年来，该团队结合二维材料和单原子两者的优势，发现二维材料限域的单原子催化剂可以构建新的电子态，限域的单原子可以直接作为活性中心，也可以调变其周围的配位环境来作为活性中心，该类材料在众多反应体系尤其是在能源小分子转化体系中表现出了独特的催化性能（Chem, 2018; Angew. Chem. Int. Ed., 2018; Nat. Commun., 2017; Nano Energy, 2017; Nat. Nanotechnol., 2016; Angew. Chem. Int. Ed., 2016; Sci. Adv., 2015; Energy Environ. Sci. 2015; Chem. Mater. 2011）。

　　该文章系统综述了该研究团队与国际同行近十年来在二维材料限域单原子催化方面的研究进展。重点讨论了单原子（金属或非金属）限域在二维材料（石墨烯、g-C3N4和硫化钼等）中所形成的独特的电子态对催化性能的调变，以及两者结合在催化中所具有的独特优势：1、二维材料限域单原子催化剂独特的电子特性有利于其本征活性的提高；2、二维材料限域单原子催化剂超薄的结构和高的比表面积有利于暴露配位不饱和的活性中心，增加催化活性位的数量；3、二维平面两侧的开放式结构有利于催化反应物和生成物的传质，可以提高反应速率；4、二维材料单一明确的长程有序结构有利于构建模型催化剂，从而可以在原子和分子层次理解催化反应，以及厘清其构效关系。此外，该文章还综述了该类材料在热、电、光催化中的最新进展，并探讨了其未来在催化基础研究和工业应用中的机遇和挑战。

　　该工作得到国家科技部重点研发计划、国家自然科学基金委重大项目等资助。

大连化物所发表二维材料限域单原子催化研究综述文章

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10月15日，2020年全国双创活动周“中国科学院创客之夜”在深圳市举行，我所催化基础国家重点实验室邓德会研究员携团队自主研发的小氢新TM便携式氢氧仪参加“快闪路演”项目汇报。共有30个优秀双创项目参加“快闪路演”活动，150余人受邀参与了线下活动。活动中，邓德会作了题为“小氢新TM便携式氢氧仪”的汇报，简要阐述了便携式氢氧仪的研发背景、历程和进展情况。

　　10月15至21日，小氢新TM便携式氢氧仪还在“全国双创活动周”成果展上展出。该仪器受到了参会人员的广泛关注，大家纷纷驻足观看，并与邓德会团队进行了深入的讨论和交流。本次活动以“率先行动、创新引领”为主题，重点展示中国科学院、深圳市科技企业、科研机构与高校的优秀科技创新成果，组织线上线下结合的论坛、项目路演展示和投资对接等活动，旨在助力科技成果落地转化，促进各类双创资源的合作拓展。
　　小氢新TM便携式氢氧仪采用邓德会团队完全自主知识产权的非贵金属整体式催化剂电极和配方电解质，是一款利用电解水原理直接产生可供人体呼吸的氢气、氧气或氢氧混合气（H2/O2：66.3%/33.3%）的微型仪器，该仪器通过了符合中国GB、欧盟CE、欧盟RoHS和美国FDA标准的测试。此外，我所已与大连大学附属新华医院、金铠仪器（大连）有限公司三方共建“氢分子科学与医疗研究中心”，进一步推动氢氧仪的科学研究及产业化进程。（文/高鹤华 图/赵强）

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催化基础国家重点实验室二维材料与能源小分子转化创新特区研究组（05T6组）邓德会研究员团队在温和条件下碳一分子催化转化方面的研究工作受到国内外同行的广泛关注。近日，该团队受邀发表了题为“Catalytic Conversion of C1 Molecules under Mild Conditions”的综述性文章。

　　碳一分子（甲烷、一氧化碳、甲醇、二氧化碳等）的催化转化在煤、天然气、生物质等碳基能源的转化利用中发挥着重要的作用。为了提高转化效率，目前工业过程多采用高温、高压等苛刻反应条件，然而这同时也导致了反应能耗的增加和不必要副产物的产生。温和条件下碳一分子催化转化过程不仅能降低反应能耗，还能更好地控制目标产物的选择性，一直是学术界和工业界追求的目标。该综述系统总结了近年来低温热催化、电催化和光催化等温和条件下转化碳一分子制高质化学品和燃料领域的研究进展，针对碳一分子转化过程中催化剂的设计、反应过程以及能量输入模式等进行了深入的讨论，并对该领域存在的挑战和未来发展方向进行了展望。

　　邓德会团队长期致力于碳一分子催化转化方面的研究工作并取得了系列研究进展，包括甲烷低温选择氧化制含氧化合物（Chem，2018；Chem，2019；Nano Energy，2020，in press），室温电化学水气变换制高纯氢（Nat. Commun.，2019），电催化一氧化碳还原制乙烯（Angew. Chem. Int. Ed.，2020）、电催化二氧化碳还原制一氧化碳（Angew. Chem. Int. Ed，2018；Cell Rep. Phys. Sci.，2020；Nano Res.，2019）、可见光驱动的甲醇直接制乙二醇（Nat. Commun.，2018）等，为碳一化学催化新过程、新体系的探索提供了重要借鉴。

　　相关工作发表在EnergyChem上。上述工作得到了国家重点研发计划项目、国家自然科学基金项目、中科院前沿科学重点研究项目、中科院洁净能源创新研究院合作基金的资助。（文/图 崔晓菊、高鹤华）

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　     近日，中国科学院公布了2022年度青年科学家奖获奖名单，我所邓德会研究员荣获2022年度中国科学院青年科学家奖。 　　
　　 中国科学院设立青年科学家奖，旨在表彰中国科学院科技创新活动中的先进典型和作出突出贡献的青年科技人才，在全院形成鼓励创新、激励进取的人才发展氛围。2022年，中国科学院青年科学家奖的遴选评审按照基础研究和工程技术两类实行分类评价，每类各支持不超过10人。截至目前，我所共有2人荣获此奖项。

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近日，我所催化基础国家重点实验室能源与环境小分子催化研究组（509组）邓德会研究员团队发表空气主份氮气和氧气共转化综述性文章。该综述介绍了氮气和氧气共转化的途径以及主要技术手段，为实现低能耗、高效、直接转化空气主份生成氮氧化合物和碳氮氧有机物提供重要借鉴。
　　空气主要成分氮气和氧气占空气成分体积比的99%以上，是取之不尽的氮源和氧源。99%以上的化肥、农药和医药等都含有氮和氧两种元素。然而，氮气分子十分稳定，难以活化。目前，工业上合成氮氧化合物主要通过工业合成氨再氧化的方法，此过程需要以高纯氮气和氢气为原料，过程复杂且能耗极高。因此，氮气、氧气直接转化合成氮氧化合物，甚至通过引入碳源直接生成碳氮氧有机物极具挑战。

　　该文章系统地评述了当前通过热催化、等离子体转化、超声转化、光/电催化等技术手段直接转化氮气和氧气方面的最新进展，同时阐述了通过上述技术手段直接活化和转化氮气与氧气的机理、难点与挑战。最后，作者针对性地提出了未来应重点关注的研究策略，包括多能耦合催化转化、引入额外分子调控反应路径、开发新型催化剂等。
　　相关工作以“Direct conversion of N2 and O2: status, challenge, and perspective”为题，发表在《国家科学评论》（National Science Review）上。该工作的第一作者是我所509组博士后李缔和昝灵兴。上述工作获得了国家自然科学基金委 “空气主份转化化学”基础科学中心项目的支持。（文/图 李缔）
　　文章链接：https://doi.org/10.1093/nsr/nwac042

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近日，我所催化基础国家重点实验室能源与环境小分子催化研究组（509组）邓德会研究员、崔晓菊副研究员团队通过设计多步耦合电解装置，开发直接电解含硫化氢杂质的粗合成气制备乙烯（C2H4）新过程，为粗合成气的直接高效转化提供了新思路。
　　C2H4是世界上产量最大的化学产品之一，在国民经济中占有重要的地位。工业上C2H4主要通过高温裂解（800-900oC）石脑油获得，而我国能源禀赋具有“富煤贫油少气”的特点，发展以煤或天然气经合成气为原料制备乙烯的过程具有重要意义。然而，煤和天然气转化得到的合成气（CO + H2）中往往含有大量硫化氢（H2S）杂质，在传统的热催化转化过程中，H2S极易毒化催化剂，导致催化剂的失活，在使用合成气前通常需要额外的纯化过程，从而导致成本和能耗的增加。因此，发展粗合成气直接催化转化的方法前景广阔但也极具挑战。
　　基于电催化的CO还原过程，可在常温常压下实现CO高选择性制备乙烯。但目前已报道的工作中均以CO为原料气，尚未有直接电解粗合成气制C2H4的相关报道，主要原因是由于在电催化过程中，粗合成气中的H2S会毒化CO电还原催化剂，极大降低生成乙烯的效率。因此，亟需设计和开发新的电催化过程。

　　研究团队在前期电催化转化CO（Angew. Chem. Int. Ed.，2020）和H2S（Energy Environ. Sci.，2020；The Innovation，2021）的工作基础上，在本工作中，将阳极的H2S氧化反应与阴极的CO还原反应耦合，开发了多步耦合电解粗合成气转化制C2H4的新过程。团队首先将含H2S杂质的合成气通入到该电解装置中的阳极，阳极在石墨烯封装金属钴镍“铠甲催化剂”作用下，发生H2S的选择催化氧化去除反应。随后，团队将未反应的合成气通入到电催化的阴极，阴极在铜基催化剂作用下，发生CO还原制C2H4，以及H2O还原制H2反应。该过程集四重功能于一体，既去除了合成气中的H2S杂质，实现高效的C2H4制备；又增加了合成气中的H2含量，降低了电解装置的整体能耗。实验测试发现，利用该过程直接电解含有10%H2S组分的合成气时，C2H4的法拉第效率为49.7%，相比于非耦合体系，制备相同体积的C2H4所需能耗降低了46.5%。同时，合成气中的H2S杂质被完全去除，H2的含量从30%增加到了39.2%，更有利于合成气的进一步加工制备高附加值产品。
　　相关研究成果以“Direct electrocatalytic conversion of crude syngas to ethylene via a multi-process coupled device”为题，于近日发表在《能源与环境科学—催化》（EES Catalysis）上。该工作的第一作者是我所509组博士后张默。上述工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中科院B类先导专项“功能纳米系统的精准构筑原理与测量”等项目的支持。（文/图 张默）
　　文章链接：https://doi.org/10.1039/D3EY00005B

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近日，我所催化基础国家重点实验室能源与环境小分子催化研究组（509组）邓德会研究员团队发表膜电极电催化二氧化碳（CO2）还原综述文章。该综述介绍了膜电极电催化还原CO2的基本原理和应用实例，为实现高效、低能耗电催化还原CO2制备高附加值化学品提供了重要借鉴。
　　CO2的过量排放会引起温室效应等环境问题，电催化还原CO2制备高附加值化学品不仅可以解决CO2排放引起的环境问题，还可以将可再生电能存储到易于输运的化学品中，解决间歇性电能不易储存的问题。膜电极电解池是目前可以高效、低能耗电催化转化CO2的有效途径，气体CO2直接导入阴极催化层表面，阴极和阳极间只有一层离子交换膜，阳极电解液可以通过外循环进行流动，该构造有效降低了阴阳两极内电阻并提高了CO2的扩散和转化效率。因此，膜电极技术的发展将有望推动电催化CO2转化迈向工业应用。

　　该综述首先讨论了膜电极电解池中各组件的特点和工作方式，包括阴极气体扩散电极、离子交换膜、阳极氧气析出的替代反应等；接着分析了膜电极各部件的电压降及其相应的测量方法，为电催化CO2还原的能耗解析提供参考；在此基础上，总结了膜电极电催化还原CO2制备一氧化碳、甲酸、甲醇、甲烷和C2+等产物的应用，阐述了不同种类催化剂对还原产物选择性和活性的影响，以期为针对特定产物合理设计催化剂提供参考；最后，文章对膜电极电催化CO2还原的前景和挑战进行了展望，指出目前研究主要利用工作面积较小的膜电极电解池，当在实际应用中将工作电极放大以及组装成电堆后，更加复杂的气体扩散及水管理等问题将成为膜电极研究的难点和重点。另外，如何利用原位表征技术揭示膜电极电催化CO2还原的反应机理也是当前亟需解决的问题，需要进行深入的研究。
　　邓德会团队长期致力于碳一分子催化转化方面的研究工作并取得了系列进展，包括CO2低温加氢制甲醇（Nat. Catal.，2021），电催化CO2转化（Angew. Chem. Int. Ed.，2018；Cell Rep. Phys. Sci.，2020；J. Energy Chem.，2022；Nano Res.，2019）、甲烷低温选择氧化制含氧化合物（Chem，2018；Chem，2019；Nano Energy，2021；Chem Catal.，2022），室温电化学水气变换制高纯氢（Nat. Commun.，2019；Nano Energy，2022），电催化一氧化碳还原制乙烯（Angew. Chem. Int. Ed.，2020）、可见光驱动甲醇直接制乙二醇（Nat. Commun.，2018）等，这些工作为碳一分子催化转化新过程、新体系的探索提供了重要借鉴。
　　相关工作以“Membrane Electrode Assembly for Electrocatalytic CO2 Reduction: Principle and Application”为题，发表在《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）上。该工作的第一作者是我所509组联合培养毕业生张政博士。上述工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中科院B类先导专项“功能纳米系统的精准构筑原理与测量”等项目的支持。（文/图 张政）
　　文章链接：https://doi.org/10.1002/anie.202302789

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近日，我所催化基础国家重点实验室能源与环境小分子催化研究中心（509组群）邓德会研究员、于良副研究员团队与厦门大学王野教授团队合作在合成气直接制多碳醇研究中取得新进展。合作团队利用钾修饰的富边结构硫化钼催化剂，实现了合成气高活性、高选择性制多碳醇，为催化剂活性中心纳米结构与微环境的理性设计提供了借鉴。
　　多碳醇，指含有2个碳原子以上的醇（即C2+OH），其被广泛用作化工原料、燃料、燃料添加剂和溶剂等。合成气（CO/H2）制C2+OH是煤、天然气和生物质等非石油基碳资源的高值化转化的重要途径之一。该反应涉及两个关键步骤：C-O断键和C-C偶联。对两个步骤的精准调控是实现合成气高活性、高选择性制C2+OH的关键，但却具有挑战性。

　　邓德会团队长期致力于能源与环境小分子的催化转化研究，前期在小分子催化转化制高值化学品的研究中取得了系列进展（Nat. Catal.，2023；Nat. Catal.，2023；Nat. Synth.，2023； Nat. Catal.，2021；Nat. Commun.，2021；Nat. Nanotechnol.，2016）。在此基础上，该团队与王野团队合作，基于纳米孔道限域生长机制，合成了钾助剂修饰的、具有丰富边结构且尺寸均一的二维硫化钼纳米片阵列催化剂（ER-MoS2-K），其在240oC、50bar下，实现了17%的CO转化率和45.2%的C2+OH选择性。合作团队通过调变MoS2的边/面比，可实现产物中C2-4OH/CH3OH比例从1/2.4逆转为2.2/1，并且C2+OH产物中C2-4OH的占比超过99%。机理研究显示，边硫空位比面内硫空位具有更高的C-O断键和C-C偶联活性，促进了碳链增长；钾助剂通过与醇羟基的静电作用，促进了醇分子的脱附，两者结合实现合成气高活性、高选择性制C2-4OH。该工作为合成气转化新型催化剂的开发提供了新思路。
　　相关研究成果以“Edge-rich molybdenum disulfide tailors carbon-chain growth for selective hydrogenation of carbon monoxide to higher alcohols”为题，发表在《自然—通讯》（Nature Communications）上。上述工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院B类先导专项“功能纳米系统的精准构筑原理与测量”、中央高校基本科研业务费专项资金等项目的资助。（文/图 胡景庭、魏泽宇、于良）
　　文章链接：https://doi.org/10.1038/s41467-023-42325-z

danjuan

3月1日，2023年度“青山科技奖”获奖名单正式揭晓，共有包括我所能源与环境小分子催化研究中心邓德会研究员在内的10位学者获奖。
        青山科技奖由美团发起，中国石油和化学工业联合会作为战略合作伙伴共同参与，相关学会和行业组织共同支持。2023年度青山科技奖重点关注绿色低碳材料、碳捕集及资源化利用、新能源及储能、降碳减污协同控制四大议题，奖项资助中国内地或港澳地区工作的，在材料科学、化学、化学工程、环境科学、能源科学等学科领域有关键推动作用的45周岁及以下青年科研工作者。