中国科学院山西煤炭化学研究所覃勇

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覃勇，男，1973年生。博士，中国科学院山西煤炭化学研究所研究员，博士生导师,煤转化国家重点实验室副主任，山西省学术技术带头人。1996 年于重庆大学获得学士学位，2001年于青岛科技大学获得硕士学位，2005年1月于中国海洋大学获得博士学位。2004年7月–2007年3月，在德国锡根大学助研从事科研工作。2007年4月–2011年9月在德国马普学会微结构物理研究所博士后研究。2011年10月回国到中国科学院山西煤炭化学研究所工作，并入选中国科学院“百人计划”。2013年6月入选山西省“百人计划”特聘专家。主要研究领域为纳米催化、纳米材料、原子层沉积方法及应用等。在Angew. Chem. Int. Ed.、Nano Letters、ACS Nano、Adv. Funct. Mater、ACS Catal.、Small、Nano Research等杂志已发表SCI收录论文70多篇。

姓 名:覃勇        
性    别:男
职 务:
职    称:研究员
学 历:博士研究生        
通讯地址:山西省太原市桃园南路27号
电 话:0351-4040081        
邮政编码:030001
传 真:
电子邮件:qinyong@sxicc.ac.cn        

团队主页：http://group903.sxicc.cas.cn
研究领域：
(1) 原子层沉积(atomic layer deposition)方法及应用
(2) 纳米催化
(3) 纳米材料
(4) 吸波材料
代表论著：
1 Jiankang Zhang, Zhuobin Yu, Zhe Gao, Huibin Ge, Shichao Zhao, Chaoqiu Chen, Shuai Chen, Xili Tong, Meihua Wang, Zhanfeng Zheng* and Yong Qin*. Porous TiO2 Nanotubes with Spatially Separated Platinum and CoOx Cocatalysts Produced by Atomic Layer Deposition for Photocatalytic Hydrogen Production. Angew. Chem. Int. Ed., 2017, 56(3), 816–820.
2 Huibin Ge, Bin Zhang*, Xiaomin Gu, Haojie Liang, Huimin Yang, Zhe Gao, Jianguo Wang, and Yong Qin*. A Tandem Catalyst with Multiple Metal-Oxide Interfaces Produced by Atomic Layer Deposition. Angew. Chem. Int. Ed., 2016, 55(25), 7081–7085. (Very important paper)
3 Zhe Gao, Mei Dong, Guizhen Wang, Pei Sheng, Zhiwei Wu, Huimin Yang, Bin Zhang, Guofu Wang, Jianguo Wang, and Yong Qin*. Multiply Confined Nickel Nanocatalysts Produced by Atomic Layer Deposition for Hydrogenation Reactions. Angew. Chem. Int. Ed., 2015,54(31), 9006–9010.
4 Guizhen Wang, Gu Ran, Gengping Wan, Peng Yang, Zhe Gao, Shiwei Lin, Chuan Fu*,Yong Qin*. Size-Selective Catalytic Growth of Nearly 100% Pure Carbon Nanocoils with Copper Nanoparticles Produced by Atomic Layer Deposition. ACS Nano, 2014,8 (5):5330–5338.
5 Chaoqiu Chen, Ping Li, Guizhen Wang, Yu Yu, Feifei Duan, Caiying Chen, Weiguo Song, Yong Qin*, Mato Knez*. Nanoporous Nitrogen-Doped Titanium Dioxide with Excellent Photocatalytic Activity under Visible Light Irradiation Produced by Molecular Layer Deposition. Angew. Chem. Int. Ed., 2013, 52(35): 9196-9200.
6 Guizhen Wang, Zhe Gao, Shiwei Tang, Chaoqiu Chen, Feifei Duan, Shichao Zhao, Shiwei Lin, Yuhong Feng, Lei Zhou, and Yong Qin*. Microwave Absorption Properties of Carbon Nanocoils Coated with Highly Controlled Magnetic Materials by Atomic Layer Deposition. ACS Nano, 2012, 6 (12): 11009–11017.
7 Yong Qin*, Ralf Vogelgesang, Moritz Eßlinger, Wilfried Sigle,Peter van Aken, Oussama Moutanabbir, and Mato Knez*. Bottom-up Tailoring of Plasmonic Nanopeapods Making Use of the Periodical Topography of Carbon Nanocoil Templates. Adv. Funct. Mater., 2012, 22(24):5157–5165. (Cover paper)
8 Xili Tong, Yong Qin*, Xiangyun Guo,* Oussama Moutanabbir, Xianyu Ao, Eckhard Pippel, Lianbing Zhang, and Mato Knez*. Enhanced Catalytic Activity for Methanol Electro-oxidation of Uniformly Dispersed Nickel Oxide Nanoparticle - Carbon Nanotube Hybrid Materials. Small, 2012, 8: 3390–3395. (Cover paper)
9 Yong Qin*, Yang Yang, Roland Scholz, Eckhard Pippel, Xiaoli Lu, and Mato Knez*. Unexpected oxidation behavior of Cu nanoparticles embedded in porous alumina films produced by molecular layer deposition. Nano Letters, 2011, 11(6): 2503-2509.
10 Yong Qin*, Anlian Pan, Lifeng Liu, Oussama Moutanabbir, Ren Bin Yang, and Mato Knez*. Atomic layer deposition assisted template approach for electrochemical synthesis of Au crescent-shaped half-nanotubes. ACS Nano, 2011, 5(2):788–794.
11 Yong Qin*, Y. Kim*, L. B. Zhang, S.-M. Lee, R. B. Yang, A. L. Pan, K. Mathwig, M. Alexe, U. Gösele, M. Knez. Preparation and elastic properties of helical nanotubes by atomic layer deposition with carbon nanocoils as templates. Small, 2010, 6(8): 910–914.
12 Seung-Mo Lee, Eckhard Pippel, Ulrich Gösele, Christian Dresbach, Yong Qin, C. Vinod Chandran, Thomas Bräuniger, Gerd Hause, Mato Knez. Greatly Increased Toughness of Infiltrated Spider Silk. Science, 2009, 324: 488-492.
13 Yong Qin*, Lifeng Liu, Renbin Yang, Ulrich Gösele, Mato Knez*. General assembly method for linear metal nanoparticle chains embedded in nanotubes. Nano Letters, 2008, 8: 3221-3225. (www.Nanowerk.com Spotlight, October 1,2008 )
14 Yong Qin, Seung-Mo Lee, Anlian Pan, Ulrich Gösele, Mato Knez*. Rayleigh-instability-induced metal nanoparticle chains encapsulated in nanotubes produced by atomic layer deposition. Nano Letters, 2008, 8: 114-118.
承担科研项目情况：
主持国家自然科学基金面上项目（3项）、中科院“百人计划”项目、山西省“百人计划”项目、Shell前瞻科学研究项目、煤转化国家重点实验室自主课题、山西省基础研究计划、山西省回国留学人员科研资助项目等。

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山西煤化所应邀撰写金属-氧化物界面调控综述论文

近日，中国科学院山西煤炭化学研究所覃勇团队应美国化学会期刊ACS Catalysis 邀请，撰写的综述性论文“Interface Tailoring of Heterogeneous Catalysts by Atomic Layer Deposition”已在线发表（Bin Zhang, Yong Qin*, ACS Catalysis, 2018, 10064-10081）。

　　高性能多相催化剂是实现高效、绿色的化工产品生产、能源转化和环境治理等过程的关键。如何提高多相催化剂的性能及理解其催化机制，是催化领域的重要研究内容。以氧化物为载体的金属催化剂广泛应用于多相催化领域。金属-氧化物界面调控是发展新型高效催化剂的重要途径，是提高金属纳米颗粒的各种物理化学性质和构筑反应微环境的主要手段。然而，传统催化剂制备方法存在金属颗粒和载体组成、尺寸与形貌难以精准控制的问题，很难可靠揭示界面催化作用本质，也难以获得更为高效的多相催化剂。

　　原子层沉积（ALD）是一种原子/分子级别精准可控的高质量薄膜沉积技术，能够沉积金属、氧化物、硫化物、氮化物、聚合物和无机-有机杂化聚合物等各种材料，具有均一性、厚度、重复性和组成控制精度高的优势。该综述基于课题组多年来在原子层沉积精准调控金属/氧化物界面方面的一系列研究积累（ACS Catal.2015, 5, 5567; Angew. Chem. Int. Ed., 2015, 54, 9006; ACS Catal. 2016, 6, 6560; Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 7081; Chem. Eur. J., 2016, 22, 8438; ACS Catal. 2017, 7, 6567-6572; Angew. Chem. Int. Ed., 2017, 56, 816等），结合ALD在催化领域的应用现状，对近年来ALD实现金属/氧化物界面调控上的手段和策略进行了总结和讨论。在界面调控方法方面，ALD已经发展出包覆法、超薄修饰法、选择性ALD、模板辅助ALD和模板-牺牲层辅助ALD等多种策略，能够获得具有核壳、倒载金属、氧化物阱限域金属、多孔三明治、氧化物管多重限域、管套管式多界面和空间分离多界面等多种结构。综述中系统介绍和讨论了各种界面调控策略的优势和适用范围。在界面催化原理方面，由于利用ALD能够获得结构清晰的催化剂，通过尺度、组成、孔结构和分散情况的精准控制，能够很容易实现单因素实验的设计，深入认识界面催化作用本质。此外，利用ALD的策略还可以揭示复杂系统中界面催化和多界面协同的本质。例如在复杂的限域空间和协同串联环境中，可以较为清晰获得界面的作用和界面间活性物种传输对催化性能提升的关键作用。综述还进一步展望了ALD在界面调控和催化研究方面的挑战和潜力，并指出ALD精准制备技术需结合纳米制备技术和原位表征技术，实现多相催化理论和高性能催化剂研究的新突破。

　　成果得到国家自然科学基金委（21673269, 21872160, U1832208）、中科院青年促进会（2017204）等的资助。

　　论文链接

山西煤化所应邀撰写金属-氧化物界面调控综述论文

xiangqi

报告题目：原子层沉积与催化剂表界面结构精准调控
报 告 人：覃勇 研究员
报告地点：陕西科技大学材料科学与工程学院 1C202
报告时间：2019年5月20日（周一） 16:00-17:30
科技处 材料科学与工程学院
2019年5月14日


报告人简介：
覃 勇，男，博士，中国科学院山西煤炭化学研究所研究员、博士生导师，煤转化国家重点实验室副主任。1996 年于重庆大学获得学士学位，2001年于青岛科技大学获得硕士学位，2005年1月于中国海洋大学获得博士学位。之后先后在德国锡根大学和马普学会微结构物理研究所博士后研究。2011年10月回国到山西煤炭化学研究所工作。入选中科院“百人计划”（结题优秀）、科技部“中青年科技创新领军人才”、山西省学术技术带头人、以及首批“三晋英才”高端领军人才。主要研究领域为纳米催化、多相催化、原子层沉积应用等。主持国家杰出青年科学基金、国家基金重点和面上（3项）、国家重点研发计划变革性技术专项子课题、壳牌公司项目等。已在Acc. Chem. Res.、Angew. Chem. Int. Ed.、Nano Lett.、ACS Nano、ACS Catal.等期刊发表论文100余篇，被引用2800余次；授权专利6件。担任《催化学报》青年编委。

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烷烃是化学工业的主要原料，直接将烷烃催化氧化为相应的醇、醛、酮和酸等化工有机产品，具有较高的原子经济性和应用价值。然而，烷烃C-H键十分惰性，温和条件下烷烃高效选择性氧化充满挑战。最近，中国科学院山西煤炭化学研究所张斌副研究员和覃勇研究员团队利用ALD技术将高分散的FeOx选择性沉积到ZSM-5分子筛缺陷和L-酸位点，不破坏骨架和B酸，可实现环己烷高选择性氧化制环己酮。成果以“The selective deposition of Fe species inside ZSM-5 for the oxidation of cyclohexane to cyclohexanone”为题在线发表于SCIENCE CHINA Chemistry杂志。

　　

       与常规多孔载体相比，分子筛具有均一可控的孔道和酸性位结构，能够负载金属获得兼具金属、酸和择形等多功能的催化剂。控制金属在分子筛上的结构和位置分布十分关键。传统方法不仅难以控制金属在分子筛中的落位和尺寸，而且在制备过程中还会破坏分子筛的孔道骨架和酸性位点，难以最大化发挥分子筛的优势。团队在利用原子层沉积(atomic layer deposition, ALD)技术实现分子筛孔口沉积Pt团簇（J Fuel Chem. Tech. 2017, 45, 714）和大孔分子筛孔道内构筑双金属团簇（J. Catal. 2018, 365, 163）的研究基础上，利用ALD技术将高分散的FeOx选择性沉积在ZSM-5孔道中制得FeOx/ZSM-5催化剂（图1）。该催化剂在双氧水氧化环己烷选择性可达到97%，催化剂活性显著高于文献报道的铁基催化剂（图2a）。

图1. 分子筛微孔中选择性沉积FeOx示意图.

　　为了在ZSM-5微孔中沉积FeOx，团队使用动力学直径小于ZSM-5的微孔孔道的二茂铁作为前驱体，通过自主建设的旋转ALD反应器增加催化剂制备产量，并强化前驱体在微孔中的扩散。研究表明，FeOx选择性沉积在分子筛微孔的缺陷和L-酸位点，B-酸位点得以保持（图2b）。通过改变沉积循环数可控制FeOx物种的负载量、尺寸和表面电子状态（图2c）。其中，铁负载量随着循环数的提高线性增加。在低铁负载量下铁物种以Fe-O-Si物种沉积在ZSM-5上，而在高负载量时则生成了FeOx纳米颗粒（图2d）。与FeOx纳米颗粒相比，Fe-O-Si物种具有更高的环己烷氧化制环己酮活性和稳定性。利用这种选择性沉积策略，还可以进一步在分子筛中控制其他单金属或者多金属的落位，构筑结构清晰的多功能催化剂。

图2铁基催化剂环己烷氧化反应性能对比；不同铁沉积循环数下FeOx/ZSM-5的(b)催化剂FITR和(c)XPS图谱；(d)10FeOx/ZSM-5表面的原位Raman图.

　　该工作得到了国家自然科学基金、国家杰出青年科学基金、中科院青年创新促进会、国家重点研发项目、山西省自然科学基金的资助与支持。
　　原文链接：http://engine.scichina.com/doi/10.1007/s11426-020-9968-x.

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负载型金属催化剂在化学工业中发挥着至关重要的作用。通过高效催化剂的研发，能够显著降低能耗，发展新的绿色化学过程。一般认为，载体上的金属原子提供催化反应的活性位点，而活性金属位点是静止不动的，这导致载体上远离金属位点处的中间体无法转化，限制了金属催化剂效率的提升。
　　近日，中国科学院山西煤炭化学研究所张斌副研究员、覃勇研究员团队与刘星辰副研究员合作率先提出了移动催化概念，并报道了首个移动催化的实例。在该工作中，他们通过多重气相脉冲键合策略将配体保护的Pt单原子键合在CeO2载体上，利用CO2加氢反应中原位产生的H和CO的配位作用，将配体保护的Pt单原子转化形成载体表面可移动的MeCpPt(H)CO分子，通过提高活性中心与CO2在CeO2载体吸附产生的碳酸盐中间体之间的碰撞概率，获得了极高的逆水煤气催化效率。移动催化为设计各种高效非均相催化剂和其应用提供了一种前景广阔的策略。

　　移动催化概念的提出旨在解决高分散催化剂在苛刻环境容易团聚、不能转化载体表面吸附物种等难题，通过构筑真实反应条件下可在载体上可逆键合和迁移、催化的金属活性中心，提升金属中心和反应分子或中间体的碰撞几率进而提升反应效率。
　　为构筑这种可逆键合物种，作者发展出一种多重脉冲气相吸附策略，即使用原子层沉积技术前驱体MeCpPtMe3与CeO2载体发生多次半反应，构筑配位结构相同，但覆盖度不同的MeCpPt-CeO2催化剂。通过自主设计建设的原子层沉积-红外-质谱联用系统，实时观测Pt前驱体与CeO2表面之间的化学反应，并结合多种手段确认了MeCpPt-分子片段在CeO2上的落位情况和配位结构。
　　在逆水煤气反应中，该催化剂不仅呈现出极高的TOF值，还产生了反常的TOF-负载量相关性，即相近表观活化能下，具有相近初始配位结构的Pt分子片段的本征活性随Pt原子覆盖度的降低而明显提高。
　　为探究反应机制，作者利用准原位XPS、原位XAFS、原位红外观察催化剂在反应过程中的催化机制和结构演变，证实了MeCpPt-O-Ce在原位条件下发生Pt-O键的断键，以及Pt-CO和Pt-H配位的形成。
　　为直观展示Pt单原子的原位移动催化行为，作者将MeCpPt/CeO2催化剂与TiO2载体机械混合并测试催化性能。研究结果发现机械混合催化剂性能进一步提升，分子迁移可以CeO2和TiO2之间跨颗粒进行，这为新催化概念提供了有力支持。
　　进一步结合DFT和从头算分子动力学模拟，揭示了在原位反应中MeCpPt分子片段与H和CO配位生成MeCpPt(H)CO可移动分子，能够在皮秒尺度沿CeO2表面迁移而不脱落和团聚，并移动到碳酸盐中间体上并实现其高效催化转化的机理。
　　移动催化概念的提出对于我们认识催化过程的动态行为和理解催化过程的复杂性提供了新的角度，能够为进一步解决高效催化剂设计和理论研究提供良好的研究基础。该工作得到国家自然科学基金、国家杰出青年科学基金、中国科学院青年创新促进会优秀会员、山西省优秀青年基金、国家重点研发项目、上海光源的资助与支持。
　　Haojie Liang, Bin Zhang*, Mei Hong, Xinchun Yang, Ling Zhu, Xingchen Liu*, Yuntao Qi, Shichao Zhao, Guofu Wang, Alexander P. van Bavel, Xiaodong Wen, Yong Qin*, Angew. Chem. Int. Ed. 2024, e202318747.
　　文章链接：https://doi.org/10.1002/anie.202318747