中国科学院大连化学物理研究所包信和

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包信和，男，汉族，1959生于江苏省。理学博士，中国科学院大连化学物理研究所研究员，博士生导师。1987年获复旦大学理学博士学位；1987-1989年在复旦大学化学系任教；1989-1995年获洪堡基金资助在德国马普协会柏林FRITZ-HABER研究所进行合作研究；1995年至今，在大连化学物理研究所工作，任催化基础国家重点实验室研究员，博士生导师，所学术委员会主任，洁净能源国家实验室（筹）能源基础和战略研究部部长，中国科学院研究生院教授；2000年8月至2007年2月，任中国科学院大连化学物理研究所所长；2009年4月至2014年6月任中国科学院沈阳分院院长；2009年当选为中国科学院院士；2015年7月至2017年6月任复旦大学常务副校长；2017年6月8日起任中国科学技术大学校长。
　　包信和研究员主要从事表面化学与催化基础和应用研究。发现次表层氧对金属银催化选择氧化的增强效应，揭示了次表层结构对表面催化的调变规律，制备出具有独特低温活性和选择性的纳米催化剂，解决了重整氢气中微量CO造成燃料电池电极中毒失活的难题。发现了纳米催化体系的协同限域效应，研制成碳管限域的纳米金属铁催化剂和纳米Rh-Mn催化剂，使催化合成气转化的效率成倍提高。在甲烷活化方面，以分子氧为氧化剂，实现了甲烷在80℃条件下直接高效氧化为甲醇的反应；创制了Mo/MCM-22催化剂，使甲烷直接芳构化制苯的单程收率大幅度提高。在煤经合成气直接制烯烃方面，颠覆了传统的F-T过程，从原理上完全避免了水分子参与，被国内外同行誉为“煤转化领域的里程碑式的重大突破”。其研究成果分别于2014年和2016年入选“中国科学十大进展”。
　　包信和研究员发表论文400余篇，申报国际、国内专利近百件。1995年获国家杰出青年基金资助，为1996－2000年度香港求是“杰出青年学者奖”获得者，2005年获得国家自然科学二等奖。现任国家重点基础研究规划（973）专家顾问组成员；中科院－BP“面向未来的清洁能源”项目中方首席科学家；任J. Natural Gas Chem.主编，《科学通报》执行副主编，《催化学报》、《化学物理学报》和《物理化学学报》副主编，以及Surf. Sci.、Appl. Catal. A等13个国际、国内杂志编委；第二十六、二十七届中国化学会常务理事。

包信和

姓名：包信和        
性别：男
类别：院士;研究员;杰出青年        
学科：化学物理
职称：研究员        
学历：博士研究生
电话：0411-84379128        
Email：xhbao@dicp.ac.cn
地址：大连市中山路457号        
邮编：116023        

代表论著：
1. Wei Chen, Zhongli Fan, Xiulian Pan, Xinhe Bao, Effect of the confinement in carbon nanotubes on the activity of Fischer-Tropsch iron catalyst, J. Am. Chem. Soc., 130(2008)(29)9414-9419
2. Junming Sun and Xinhe Bao, Textural Manipulation of Mesoporous Materials for Hosting of Metallic Nanocatalysts, Chemistry-A European Journal (Concept article), (2008)(14)7478-7488
3. Xiulian Pan, Zhongli Fan, Wei Chen, Yunjie Ding, Hongyuan Luo And Xinhe Bao, Enhanced Ethanol Production Inside Carbon-Nanotube Reactors Containing Catalytic Particles, Nature Materials, 6(2007)507-511
4. Xucun Ma, Peng Jiang, Yun Qi, Jinfeng Jia, Yu Yang, Wenhui Duan, Wei-Xue Li, Xinhe Bao, S. B. Zhang and Qi-Kun Xue, Experimental observation of quantum oscillation of surface chemical reactivities, P. NATL ACAD SCI USA (PNAS), 104(22), 9204-9208 (2007)
5. Wei Chen, Xiulian Pan, Xinhe Bao,Tuning of redox properties of iron and iron oxides via encapsulation within carbon nanotubes, J. Am. Chem. Soc., 129 (23), 7421-7426 (2007)  

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　　3月18日上午，十三届全国人大一次会议在北京人民大会堂举行第六次全体会议，选举产生159名第十三届全国人民代表大会常务委员会委员。我所包信和院士当选为第十三届全国人民代表大会常务委员会委员。

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二氧化碳电化学还原反应（CO2RR）可同时实现间歇性可再生电力的储存和温室气体CO2的转化利用，利于构建可持续的碳资源循环利用网络。近年来的研究表明，过渡金属-氮-碳复合材料可将CO2电还原生成CO，但随着过电势增加，竞争性的析氢反应(HER)电流急剧增大，造成CO法拉第效率迅速下降，很难获得高的CO分电流密度。因此同时获得高的CO2RR电流密度和法拉第效率是过渡金属-氮-碳复合材料面临的重要挑战，这也是CO2RR未来实际应用在高反应速率和选择性方面的必然需求。

配位不饱和Ni-N活性位高效催化CO2电化学还原

近期，大连化物所包信和院士和汪国雄研究员在Energy &Environmental Science上发表题为“Coordinatively unsaturated nickel-nitrogen sites towards selective and high-rate CO2electroreduction”的文章(第一作者阎程程博士生和李昊博博士)，阐述了配位不饱和的Ni-N活性位在CO2高效电催化还原中的应用。该研究通过热解锌/镍双金属沸石咪唑类骨架材料(ZIF-8), 成功制备出配位不饱和Ni-N位掺杂的多孔碳材料，其中单分散的Ni物种负载量最高可达5.44 wt％。在该Ni-N催化剂上，CO法拉第效率在-0.53V〜-1.03 V (vs. RHE)宽电势区间内维持在92.0%〜98.0%之间，CO电流密度随过电势增加而增加，在-1.03 V (vs. RHE)达到71.5±2.9 mA cm-2。表征结果和对比实验表明配位不饱和的Ni-N为活性位点；密度泛函理论计算进一步揭示在NiN2V2 (V表示空位) 位上CO2RR比HER更容易发生，推测NiN2V2可能是CO2RR的活性位。因此，高载量配位不饱和Ni-N活性位同时实现了CO2RR的高电流密度和法拉第效率。

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碳化硅上生长Cu/SSZ-13分子筛及其NH3-SCR催化性能

周调云a,b,c,d, 苑青b,e, 潘秀莲b, 包信和b

a 中国科学院上海高等研究院, 上海 201210;

b 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, 辽宁大连 116023;

c 中国科学院大学, 北京 100049;

d 上海科技大学物质科学与技术学院, 上海 201210;

e 大连民族大学物理与材料工程学院国家民委新能源与稀土资源利用重点实验室, 辽宁大连 116600

Growth of Cu/SSZ-13 on SiC for selective catalytic reduction of NO with NH3
Tiaoyun Zhoua,b,c,d, Qing Yuanb,e, Xiulian Panb, Xinhe Baob
a Shanghai Advanced Research Institute, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201210, China;
b State Key Laboratory of Catalysis, Dalian Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences, Dalian 116023, Liaoning, China;
c University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China;
d School of Physical Science and Technology, ShanghaiTech University, Shanghai 201210, China;
e Key Laboratory of New Energy and Rare Earth Resource Utilization of State Ethnic Affairs Commission, School of Physics and Materials Engineering, Dalian Nationalities University, Dalian 116600, Liaoning, China


摘要
汽车尾气和柴油不完全燃烧所释放的NOx严重污染了大气环境.为了降低对大气的污染，可将其催化还原成氮气.氨气选择性催化还原（NH3-SCR）是使用较广泛的机动车高效脱硝技术.用于催化脱硝反应的催化剂有多种类型，分子筛具有特殊的孔道结构和骨架结构及高比表面积，因而已广泛用作脱硝反应催化剂.与传统三效催化剂相比，分子筛催化剂总体表现出更好的脱硝催化活性，但在高温下不稳定，容易失活，不耐热冲击，水热稳定性差.SiC具有耐酸碱、耐腐蚀、抗氧化、耐磨及良好的热稳定性和导电性，因此作为催化剂载体近年来引起广泛关注.但是其本身也存在许多缺点，如比表面积低、表面性质不活泼、不利于金属物种分散等.因此，本文通过原位水热法将SSZ-13生长在SiC表面，制备出新型催化复合材料SSZ-13@SiC.采用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和N2吸附-脱附等手段研究了不同碱量和晶化时间对SSZ-13在SiC表面生长的影响，负载Cu后获得Cu/SSZ-13@SiC作为催化剂，研究了SiC对Cu/SSZ-13中高温下脱硝活性的影响规律.结果表明，碱含量会影响SSZ-13在SiC表面的结晶程度.当SiO2/NaOH≥0.1时，SSZ-13有杂相出现，并且结晶度都不高；当SiO2/NaOH<0.1时，SiC表面会生长成纯相的SSZ-13晶粒且具有较高的结晶度.晶化时间也会影响SSZ-13在SiC表面的覆盖程度：反应1d时，SiC表面会生长零星的SSZ-13晶粒；2d时，SSZ-13达到全面覆盖；3d后，SSZ-13在SiC上的生长达到饱和，其比表面积达到最大值，约为201.3m2/g.通过离子交换将不同含量Cu离子交换到分子筛表面，其中Cu （1.71）/SSZ-13@SiC样品具有最佳的脱硝活性，接近200℃时，NO转化率就达到90%以上，到高温500℃时，NO转化率仍能保持在70%以上.相比于未负载的Cu/SSZ-13，Cu/SSZ-13@SiC催化剂在NH3-SCR测试中具有更高的高温催化活性，同时催化活性窗口明显拓宽.上述结果说明SiC对Cu/SSZ-13的高温催化活性具有一定的提高和稳定作用.

催化性能

基金资助:
巴斯夫INCOEmission项目；中央高校自主科研基金（DC201502080409）.
通讯作者: 潘秀莲, 包信和     E-mail: panxl@dicp.ac.cn;xhbao@dicp.ac.cn
引用本文:   
周调云, 苑青, 潘秀莲, 包信和. 碳化硅上生长Cu/SSZ-13分子筛及其NH3-SCR催化性能[J]. 催化学报, 2018, 39(1): 71-78.        Tiaoyun Zhou, Qing Yuan, Xiulian Pan, Xinhe Bao. Growth of Cu/SSZ-13 on SiC for selective catalytic reduction of NO with NH3. Chinese Journal of Catalysis, 2018, 39(1): 71-78.

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　大连化物所包信和高温二氧化碳电催化还原研究取得新进展

近日，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包信和与汪国雄团队在高温二氧化碳电催化还原研究中取得新进展，相关结果发表在《纳米能源》（Nano Energy）上。

　　固体氧化物电解池（SOEC）可以将CO2和水转化为合成气、烃类燃料并联产高纯度O2。该电解池具有全固态和模块化结构，以及能量效率高、成本低等优点，在CO2转化和可再生清洁电能存储方面表现出极具潜力的应用前景。

　　钙钛矿型陶瓷阴极由于在氧化还原气氛下结构稳定，且可有效抑制积碳反应，是近年来SOEC领域的研究热点。然而，钙钛矿型陶瓷阴极氧空位浓度低、CO2吸附弱、CO2活化和转化困难，导致CO2电催化还原性能较低。

　　该研究团队制备了钒掺杂的镧锶铁与钆掺杂的氧化铈纳米复合材料（LSFVx/GDC），作为SOEC阴极应用于高温CO2电催化还原反应。实验和理论计算结果表明，钒的掺杂可增加阴极氧空位浓度，提高了阴极CO2高温吸附活化能力和电催化还原性能。在800°C和1.6V时，SOEC电流密度可达0.62A/cm2，比未掺杂时提高了51.2%，电流效率接近100%。该研究通过金属元素掺杂来调控SOEC阴极材料氧空位浓度和CO2吸附活化能力，为提高SOEC阴极CO2电催化还原性能提供了新思路。

　　上述研究工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、DMTO和中科院先导专项等项目的资助。

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高温二氧化碳电催化还原

大连化物所高温二氧化碳电催化还原研究取得新进展

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中科院院士包信和带领研究团队完成的《纳米限域催化及其在甲烷直接转化中的应用》获得2018年度陈嘉庚化学科学奖。该项目提出的“纳米限域催化”概念，实现了甲烷分子的高选择性转化。
　　陈嘉庚科学奖获奖者、中科院院士 包信和：不管是基础研究还是应用研究，都要面向国家的重大战略需求，还有就是面向国际科技前沿。这两点我们是一定要抓住。

1.获奖项目：纳米限域催化及其在甲烷直接转化中的应用

　　包信和教授带领纳米与界面催化研究团队从碳管限域的金属纳米粒子催化合成气制乙醇的探索开始，系统研究了纳米限域体系中催化剂活性中心结构、电子特性和催化性能的控制规律，率先提出了“纳米限域催化”概念。创造性地将具有高催化活性的单中心低价铁原子通过两个碳原子和一个硅原子镶嵌在氧化硅或碳化硅晶格中，形成高温稳定的“晶格限域”的单中心铁催化剂，实现甲烷在无氧条件下直接催化转化，一步生成低碳烯烃和芳烃等高值化学品；在合成气催化转化研究中，他们摒弃了延续九十多年的F-T路线，创造性地将控制反应活性和产物选择性的两类催化活性中心有效分离，使在氧化物表面生成的碳氢中间体在分子筛孔道的限域环境内发生受限偶联反应，实现了煤基合成气一步高效生产烯烃，低碳烯烃的单程选择性超过80%。这些突破性技术在烯烃合成领域被誉为“里程碑式新进展”，从原理上开辟了一系列天然气、煤和生物质等高效制备烯烃等高值化学品的新途径。进一步地，包信和带领的团队正在与国内外企业合作，积极探索这类新过程的工业应用。

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在中科院大连化物所、中国科学院大学包信和院士和中科院大连化物所、厦门大学邓德会教授团队（共同通讯作者）带领下，与湖南大学和中国科学院上海应用物理研究所合作，报道了一种由MoS2和石墨烯（3D-MoS2/G）组成的3D分层介孔混合结构作为高效HER催化剂。MoS2层与高导电性石墨烯骨架均匀连接，良好地分散在通道内，暴露出丰富的边缘位点，极大地改善了HER活性。将Co原子掺杂到MoS2晶格中进一步改善了混合结构（3D-Co-MoS2/G）的活性，其在0.5 M H2SO4溶液中在10 mAcm-2的电流密度时仅只有143 mV的低过电位。与3D-Co-MoS2催化剂相比，3D-Co-MoS2/G表现出显著的稳定性，并且保持了超过5000次循环伏安（CV）扫描的活性。这项工作为提高催化剂的活性和稳定性提供了一种很有前途的策略。相关成果以题为“Three-dimensionally hierarchical MoS2/graphene architecture for high-performance hydrogen evolution reaction”发表在了Nano Energy上。

HER催化剂

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6月23日，在长沙举行的第十四届中美华人纳米论坛上颁发了第六届纳米研究奖（Nano Research Award）。我所包信和院士因其在纳米限域催化研究领域杰出贡献而获得了这一殊荣。同时获奖的另一位科学家是来自美国加州大学伯克利分校Omar M. Yaghi教授。


　　包信和长期从事新型催化材料的创制和能源清洁高效转化过程的研发，在催化基础理论的发展和新催化剂开发、应用等方面取得了重要研究成果：发现和阐述了纳米限域条件下催化剂活性中心的结构、电子特性和催化活性间的关联机制和作用规律，在国际上率先提出了“纳米限域催化”概念，并在一维碳管、二维界面和三维晶格中获得拓展和完善，初步形成了理论体系。包信和以此概念为指导，带领团队发展出了低温条件下一氧化碳高效选择氧化催化剂，成功解决了重整氢气中微量CO造成燃料电池电极中毒失活的难题；创制晶格限域的单铁催化剂，实现了甲烷无氧转化直接制烯烃和高值化学品；首创氧化物和分子筛纳米复合催化剂和催化过程，颠覆了长期统治煤化工领域的传统过程，成功实现煤基合成气一步转化直接高选择性制低碳烯烃和化学品，为碳基资源的高效、清洁利用开辟了新途径。


　　纳米研究奖是由《纳米研究（英文版）》（Nano Research）编委会、清华大学出版社、施普林格出版社于2013年共同设立的国际性的奖项，表彰在纳米研究领域做出重大贡献、并推动纳米学科发展的杰出科学家。此奖项每年评选一次，候选人来自世界各个国家和地区，由《纳米研究（英文版）》编委会成员进行提名，评奖委员会决定最终人选。前五届获得者分别是：哈佛大学 Charles M. Lieber教授 (2014)、加州大学伯克利分校 Paul Alivisatos教授 (2015)、加州大学伯克利分校杨培东教授 (2016)、中国科学技术大学谢毅教授 (2017)和中国科学院理化技术研究所江雷教授（2018），以及美国西北大学Chad A. Mirkin教授（2018）。

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由于二维材料因具有独特的电子特性和结构特征，这赋予了其优异的电催化性质，是一种非常具有潜力的电催化剂材料。二维材料中的晶格间隙以及二维层面与其他介质之间形成的覆盖层，可为催化活性位点提供优良的限域空间，利用二维材料这种独特的限域性质可以色剂制备高活性、高稳定性的电催化剂。最近，中国科学院大连化学物理研究所的包信和教授和邓德会教授等人合作综述了二维催化材料限域策略及其在能源储存与转化领域中的应用研究进展。他们首先概括介绍了二维材料晶格限域和二维材料层面覆盖限域两种方法对催化剂催化性能的影响，然后简要介绍了这两种限域方法在催化剂的设计、结构、应用和性能分析等方面的最新进展，最后对未来二维材料限域催化剂的催化性能、能量转化和应用前景进行了展望。二维材料是构建高性能催化剂的可靠的载体，该工作对于促进二维材料在能源领域的应用具有重要意义。

二维材料限域催化剂

Lei Tang, Xianguang Meng, Dehui Deng, Xinhe Bao. Confinement Catalysis with 2DMaterials for Energy Conversion. Advanced Materials， 2019.
DOI：10.1002/adma.201901996
https://doi.org/10.1002/adma.201901996

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近日，我所潘秀莲研究员、包信和院士团队发表了OXZEO催化合成气转化的综述文章，系统介绍了OXZEO概念在C1化学领域的研究现状、机遇与挑战。碳-碳键偶联的精准调控一直是C1化学研究领域最核心也是最具挑战性的问题，是煤、天然气、生物质等碳资源高效利用的关键。该团队于2016年提出金属氧化物和分子筛耦合的纳米复合双功能OXZEO催化剂设计概念，使合成气转化反应中CO活化与碳-碳键偶联这两个关键步骤有效分离，从催化原理上突破了近百年来传统费托合成产物分布难以逾越的Anderson-Schultz-Flory（ASF）极限，实现了高选择性地生成C2=-C4=低碳烯烃（Science，2016）。团队进一步拓展研究，实现了合成气转化制单组份乙烯（Angew. Chem. Int. Ed.，2018）、高品质汽油（Angew. Chem. Int. Ed.，2019）、单组份乙烷或丙烷（Angew. Chem. Int. Ed.，2020）、芳烃（ACS Catalysis，2020；Chem. Commun.，2017）等，验证了OXZEO催化概念的普适性。该技术省去了水煤气变换制氢和中间产物合成等单元，为节水、清洁高效煤转化提供了一条新途径。此外，团队与刘中民院士领导的应用开发团队联合组成技术攻关小组，并与陕西延长石油（集团）有限责任公司合作，建成了世界首套基于煤基合成气直接制低碳烯烃创新技术的工业试验装置并于2020年9月顺利完成了试验。

催化合成气转化

　　OXZEO催化概念不仅实现了合成气一步直接转化制乙烯、混合低碳烯烃、汽油、芳烃、含氧化物等系列高值化学品和燃料，为煤及其他碳资源的高效转化利用提供了一个新技术平台，还可拓展应用至以二氧化碳为碳资源的直接转化制高值化学品和燃料，近几年得到了广泛关注和研究。综述回顾了合成气直接转化领域多功能催化剂的发展历史以及研究现状，系统地介绍了OXZEO催化作用原理，特别是对产物选择性的调控原理，并展望了该领域存在的机遇和挑战，为进一步开拓各种碳资源的高效转化提供了一条全新的技术策略。
　　相关研究以题为“Oxide–Zeolite-Based Composite Catalyst Concept That Enables Syngas Chemistry beyond Fischer–Tropsch Synthesis”于近日发表在Chemical Reviews上。该项研究得到了中科院、科技部、国家自然科学基金委员会等项目的支持。（文/图 焦峰、苗登云）
　　文章链接：https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.0c01012

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第二十一届全国催化学术会议于7月21至25日在云南昆明召开，会议由中国化学会催化专业委员会主办，云南大学、昆明理工大学、云南贵金属实验室联合承办。来自国内高校、科研院所和工业界的3700余名专家学者和青年学生参加了会议。
　　大会开幕式由会议组委会主席、云南大学王家强教授主持，中国化学会催化专业委员会主任、我所李灿院士，云南大学党委书记周学斌，云南省科学技术厅副厅长宋光兴分别致辞。李灿表示，全国催化大会自1981年至今已成功举办20届，这次会议是第一次在我国西南边陲——云南省召开，具有重要的意义。当前，人类社会面临着百年未遇之巨变和挑战，在这样的背景下，更加凸显催化科学技术的重要作用以及催化同仁肩负的历史使命。希望我国催化界担负起时代使命，加快实现高水平科技自立自强，推动高质量发展，为建设世界催化强国，为我国经济发展和全球生态文明建设作出更大贡献。
　　在大会开幕式上，催化专业委员会颁发了“第九届中国催化奖”。中国科学技术大学校长、我所包信和院士获得“中国催化成就奖”（冠名“张大煜奖”）；浙江大学王勇教授、中国科学院山西煤炭化学研究所温晓东研究员获得“中国催化青年奖”；浙江大学王海助理研究员、中国科学院山西煤炭化学研究所王森副研究员、清华大学刘礼晨助理教授、北京大学李慕凡助理教授、我所陈若天副研究员、湖南大学陈晨副教授、中石化上海石油化工研究院有限公司罗翼博士、厦门大学秦瑞轩副教授、复旦大学龚鸣青年研究员、我所崔晓菊副研究员获得“中国催化新秀奖”。