张黎明团队：具有缺电子钴位点的二维范德华异质结用于高效CO2电还原

huijing

对化石能源的过度依赖造成了温室气体二氧化碳的大量排放，威胁着全球碳平衡。二氧化碳的电化学转化技术可以利用可再生清洁能源将CO2转化为燃料或有价值的化学品，是减少大气中CO2含量最有前景的方法之一。尽管已有众多关于CO2还原的研究报道，但由于CO2的化学键极其稳定和水介质中存在的竞争性析氢反应，目前的电化学CO2还原性能仍不能满足规模化应用。因此，研究具有高选择性和转换频率的稳定电催化剂是非常必要的。

        鉴于此，复旦大学化学系张黎明团队开发出一种在石墨烯上外延生长的超薄共轭金属卟啉共价有机骨架，作为二维范德华异质结构电催化CO2还原。通过原位X射线吸收实验和密度泛函理论计算显示，强烈的层间耦合导致了钴中心缺电子，并有效加速了电催化。在H型电解池中，活性Co(III)-N4中心表现出高达97%的CO法拉第效率和8.2 mA cm–2的分电流密度，可稳定运行30 小时以上。在流动电解池中，CO的选择性可提高至99%，分电流密度191 mA cm–2，在−1.15 V vs RHE电位下的转化频率值高达50400 h–1，优于绝大多数已报道的有机金属材料。这项工作强调了范德华异质结层层之间的强电子耦合对加速CO2转化的关键作用。
        上述研究成果以“A Two-Dimensional van der Waals Heterostructure with Isolated Electron-Deficient Cobalt Sites toward High-Efficiency CO2 Electroreduction”为题在线发表于Journal of the American Chemical Society，并入选封面文章，复旦大学化学系博士后谷霍亮为论文第一作者，张黎明青年研究员为论文通讯作者。该项研究得到国家自然科学基金、上海市科委等项目的大力支持。
       全文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c07601
       文章来源：复旦大学
       张黎明，1985年7月生，夏津人，复旦大学化学系研究员、博士生导师。 2012年于北京大学获得理学博士学位，随后赴美先后在加州大学伯克利分校和斯坦福大学进行博士后阶段的研究，2017年9月起任复旦大学化学系研究员，博士生导师。在二维纳米材料的可控生长与表面修饰、太阳能光电转化、光催化水分解及二氧化碳还原等领域开展了一系列原创性工作。博士与博士后阶段在顶级国际学术期刊上发表论文20余篇,授权专利2项。