北京理工大学徐宝华

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徐宝华，北京理工大学教授，博士生导师，国家优青、中科院“百人计划”获得者。2008年毕业于南京大学，获博士学位；同年进入德国明斯特大学开展博士后研究工作。2012年入选中国科学院过程工程研究所“百人计划”，聘任为项目研究员，2014年获中国科学院“百人计划”择优支持，同年竞聘为研究员。2020年获得国家基金委优秀青年项目支持。2022年通过高层次人才引进入聘北京理工大学。


姓名：徐宝华
职称：教授/博导
电子邮箱：bhxu@bit.edu.cn


研究领域和方向
主要从事离子液体催化材料结构设计、绿色催化反应体系构筑以及工艺工程优化等研究工作。重点方向：1. 离子液体杂化材料设计、制备与催化应用；2. 多相羰基合成热/电催化新过程。


教育背景
2005.09-2008.06 南京大学，有机化学专业，理学博士 2002.09-2005.06 东华大学，应用化学专业，工学硕士 1998.09-2002.06 安徽工程大学，应用化学专业，工学学士


工作履历
2022.03至今 北京理工大学化学与化工学院，教授，博士生导师 2014.06-2022.02 中国科学院过程工程研究所，研究员，博士生导师2012.11-2014.05 中国科学院过程工程研究所，项目研究员，博士生导师2008.09-2012.10 德国明斯特大学有机化学研究所，博士后


研究成果
主持国家自然科学基金委优青、重点（子课题）、面上项目共4项；主持中国科学院“百人计划”、基础前沿“0→1”、设备研制、自主部署项目共4项；主持北京理工大学“高层次人才科研启动计划”项目1项；承担包括重大横向课题在内的企业合作项目共3项；作为研究骨干完成多项课题。开发了替代硫酸的离子液体催化异山梨醇连续生产以及替代HCN酸的煤基己二腈绿色制备两项新工艺。发表包括J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Appl. Catal. B. Environ.、Chem. Eng. J.、Green Chem.在内的论文80余篇；申请、授权发明专利16项、PCT专利1项。

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近日，北京理工大学徐宝华教授团队在构筑聚离子液体-银（PIL-Ag）杂化材料用于高效电催化二氧化碳（CO2）制一氧化碳（CO）方面取得重要进展，相关研究成果发表在国际化学工程领域顶级期刊《Chemical Engineering Journal》上，题为“Efficient electrocatalytic reduction of CO2 to CO on highly dispersed Ag nanoparticles confined by Poly(ionic liquid)”。北京理工大学为唯一作者通讯单位，化学与化工学院徐宝华教授为该论文的通讯作者，段国义预聘助理教授为该论文的第一作者。
        电催化二氧化碳还原（CO2RR）技术能够在温和条件下，以可再生电力为驱动力实现CO2的转化与利用，对于实现“碳中和”目标具有重要意义。在所有的转化模式中，电催化CO2至CO转化由于具有原料利用率高、应用场景广泛以及生产成本低的优势，被科学界持续关注。开发高活性、高选择性、高稳定性的电催化剂是进一步推进该技术实际应用的重要前提。Ag具有适中的*COOH中间体活化能、较弱的CO吸附能和较低的析氢活性，被认为是最具潜力的活性金属。多种策略被用于提高Ag基材料的CO2RR性能，其中，对Ag进行表面修饰能够显著提高CO选择性（>80%），但偏电流密度较小（<50 mA cm–2），且催化稳定性研究较少。
       在前期工作中，徐宝华教授团队构筑了系列PIL-单金属/双金属杂化材料，实现了大电流密度、高选择性、高稳定性的电催化CO2/CO至C2+产物转化，揭示了PIL-金属界面性质对反应路径的调控以及PIL对金属高度分散的作用（ Angew. Chem. Int. Ed. , 2022, 61: e202110657； Appl. Catal. B. Environ. , 2021, 297: 12047； Appl. Catal. B: Environ. , 2022, 313: 121459； Chem. Eng. J.,  2023 , 451: 138491；  Fundamental Research , 2022, 2: 937）。在本工作中，通过简单浸渍法在PIL中引入Ag盐，合成了系列PIL-Ag杂化材料。PIL对于原位生成的高分散Ag–Cl物种具有显著的限域效应。PIL中阳离子骨架结构与Ag盐种类直接影响Ag(I)络合物、Ag–Cl簇和Ag–Cl纳米粒子的形成与演化。得益于PIL中高度分散的咪唑-吡啶-咪唑三齿螯合位点与适当的Ag+供给速率，制备了最优的PIL-Cl@AgOAc-1.0杂化材料。在1 M KOH溶液中，–0.91 V（相对可逆氢电极）电位下，实现了96.8%的高CO法拉第效率与207.0 mA cm–2的偏电流密度。此外，该催化剂在100 mA cm–2下持续电解100小时依然保持较高的CO法拉第效率（~86%），体现了优秀的催化稳定性。机理研究表明，尽管三种Ag–Cl物种具有相似的内在活性，但Ag–Cl物种的分散形式、活性位点的数量以及反应物的传质共同决定了高反应速率下表现出的表观电催化性能。

图1 不同Ag浸渍量下PIL-Cl@AgOAc杂化材料的结构表征结果

         结构表征表明Ag的浸渍量影响Ag–Cl物种的存在形式：小浸渍量时以Ag(I)络合物为主，中等浸渍量时以Ag–Cl簇为主，大浸渍量时则以Ag–Cl纳米颗粒为主。TEM结合XRD揭示了Ag–Cl纳米颗粒为罕见的六方晶相AgCl，表明PIL骨架结构对Ag–Cl纳米颗粒的形成具有限域效应。
        性能评价显示不同Ag浸渍量对电催化CO2至CO转化的选择性与活性影响非常显著。动力学（Tafel）分析则揭示了不同浸渍量时活性位点的内在活性区别较小。通过与文献报道的其他先进催化剂对比表明，最优的PIL-Cl@AgOAc-1.0催化剂体现出优秀的选择性、活性与催化稳定性。进一步研究表明，PIL中阳离子骨架结构与Ag盐的种类通过影响PIL-Ag相互作用强度和Ag+供给速度来影响Ag–Cl物种的存在形式。Ag–Cl纳米颗粒在大电流密度下的CO选择性衰减较慢，CO选择性的总体高低与Ag–Cl纳米颗粒的数量密切相关；Ag–Cl簇体现较高的初始CO选择性，但难以在大电流密度下维持高选择性。
       原位拉曼光谱研究发现在施加一定阴极电位后（还未发生CO2RR时），各类Ag–Cl物种便被还原为金属态的Ag(0)物种，这些Ag(0)物种被认为是发生CO2RR的实际活性表面。不同Ag–Cl物种的演化规律可被总结为：PIL提供的高度分散的锚点，即PIL的丰富螯合位点和密集静电网络，利于在引入较少Ag盐时生成Ag(I)络合物；随后，以适中速度扩散的Ag+阳离子和PIL中Cl–离子进一步反应，使Ag(I)络合物向Ag–Cl簇转化；然而，Ag–Cl纳米颗粒的形成则需要持续但缓慢的Ag+阳离子供应与相对较弱的PIL-Ag相互作用。不同杂化材料在大电流密度下的表观CO2RR活性不仅与Ag活性位点的存在形式及数量有关，还与不同PIL结构与组成导致的反应物（即CO2和H2O）的有效供给密切相关。本工作得到了国家自然科学基金委优秀青年基金项目、面上项目的资助以及化学电源与绿色催化北京市重点实验室的支持。
        原文链接：https://www.sciencedirect.com/sc ... i/S1385894722063902