中国科学院大连化学物理研究所航天催化与新材料研究室张涛

zhuxiaonan

张涛，男，汉族，1963年生。中共党员，博士，中国科学院大连化学物理研究所研究员。2013年当选为中国科学院院士。1989年在中国科学院大连化学物理研究所获博士学位，1989年至1990年在英国伯明翰大学做访问学者，回国后，历任大连化学物理研究所研究组副组长、组长、室主任、副所长、党委书记等职务，曾兼任国家催化工程技术研究中心主任，2007年2月至2017年2月任大连化学物理研究所所长。2016年12月任中国科学院副院长、党组成员。

长期从事化学化工领域的研究，负责研制的新型催化剂广泛应用于我国航天、航空和石油化工等领域，三次以第一完成人获国家技术发明二等奖。近期主要从事航天无毒推进剂催化分解技术、生物质催化转化、单原子催化和纳米催化等方面的研究；所率领的团队在国际上首次发现纤维素一步法催化转化制乙二醇的新反应(Angew. Chem. Int. Edit.,2008,47，8510–8513)；率先提出“单原子催化(Single-Atom Catalysis)”的概念(Nature Chemistry,2011,3,634 - 641)；近期有关单原子催化的研究成果被美国化学会化学工程新闻(C&EN)评选为2016年度化学化工领域“十大科研成果(Top Research)”。已在国际期刊上发表论文四百余篇，申请发明专利两百余件。
曾任或者现任的主要学术兼职有：国家973项目首席科学家，国家863计划专题专家组副组长，中国石油学会副理事长，中国空间科学学会副理事长、空间材料专业委员会副主任，中国化学会催化委员会委员，英国皇家化学学会会士，中法可持续能源联合实验室中方主任，Mössbauer Effect Data Center主任，化学工程联合国家重点实验室学术委员会副主任，国际期刊 Applied Catalysis B: Environmental、ChemPhyChem、ACS Sustainable Chemistry & Engineering和Industry & Engineering Chemistry Research编委或者顾问编委，《催化学报》共同主编。
曾获中国科学院“参加载人航天工程突出贡献者”称号，是首批“新世纪百千万人才工程”国家级人选。2003年获国家自然科学杰出青年基金，2008年获中国催化青年奖，2009年获全国“五一劳动奖章”、周光召基金会“应用科学奖”和中国科学院杰出科技成就奖，2016年获何梁何利科技进步化学奖。

姓名        张涛        
性别        男               
职称        研究员        
学科        化学物理               
类别          科学院院士；研究员；博士生导师；
国家杰出青年基金获得者               
学历          博士研究生               
电话          +86-0411-84379015  84379678               
Email          taozhang@dicp.ac.cn               
地址          大连市中山路457号    116023               

主要研究方向：
1.航天飞行器姿态控制催化剂
2.环境催化（NOx和CO脱除）
3.单原子催化
4.生物质催化转化
代表论著：
1. Catalytically active Rh sub-nanoclusters on TiO2 for CO oxidation at cryogenic temperatures, Angew. Chem. Int. Ed., 2016, 55, 2820-2824.
2. Single-atom dispersed Co-N-C catalyst: structure identification and performance for hydrogenative coupling of nitroarenes. Chem. Sci. 2016, 7, 5758-5764.
3. Hydroformylation of olefins by a Rhodium single-atom catalyst with activity comparable to RhCl(PPh3)3. Angew. Chem. Int. Ed., 2016, 55, 16054-16058.
4. Catalytic transformation of lignin for the production of chemicals and fuels, Chem. Rev., 2015, 115, 11559-11624.
5. Versatile nickel-lanthanum(III) catalyst for direct conversion of cellulose to glycols, ACS Catal., 2015, 5, 874-883.
6. FeOx-supported platinum single-atom and pseudo-single-atom catalysts for chemoselective hydrogenation of functionalized nitroarenes, Nat. Commun., 2014, 5, 5634.
7. Single-atom catalysts: A new frontier in heterogeneous catalysis, Acc. Chem. Res., 2013, 46, 1740-1748.
8. One-pot conversion of cellulose to ethylene glycol with multifunctional Tungsten-based catalysts, Acc. Chem. Res., 2013, 46, 1377-1386.
9. Remarkable performance of Ir1/FeOx single-atom catalyst in water gas shift reaction, J. Am. Chem. Soc., 2013, 135, 15314-15317.
10. Design of a highly active Ir/Fe(OH)x catalyst: Versatile application of Pt-group metals for the preferential oxidation of carbon monoxide, Angew. Chem. Int. Ed., 2012, 51, 2920-2924.
11. One-pot catalytic hydrocracking of raw woody biomass into chemicals over supported carbide catalysts: Simultaneous conversion of cellulose, hemicellulose and lignin, Energy Environ. Sci., 2012, 5, 6383-6390.
12. A noble-metal-free catalyst derived from Ni-Al hydrotalcite for hydrogen generation from N2H4·H2O decomposition, Angew. Chem. Int. Ed., 2012, 51, 6191-6194.
13. Single-atom catalysis of CO oxidation using Pt1/FeOx, Nat. Chem., 2011, 3, 634-641.
14. Direct catalytic conversion of cellulose into ethylene glycol using Nickel-promoted Tungsten carbide catalysts, Angew. Chem. Int. Ed., 2008, 47, 8510-8513.

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常压低温等离子体有效去除催化CO氧化的金原子团簇的保护剂

谭媛a,b, 刘华a,b, 刘晓艳a, 王爱琴a, 刘昌俊c, 张涛a,b

a 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, 能源材料化学协同创新中心, 金催化中心, 辽宁大连 116023;

b 中国科学院大学, 北京 100049;

c 天津大学化学化工协同创新中心, 天津 300072

摘要

采用介质阻挡放电等离子体技术可以在低温、常压下实现对纳米金催化剂中保护基团的有效去除.本文通过对不同保护基团（聚乙烯吡咯烷酮和半胱氨酸）保护的金催化剂进行等离子体预处理，发现采用该技术能有效去除载体中的层间阴离子，还可能将金原子与保护基团之间的化学键打断.通过X射线粉末衍射对等离子体处理后的样品和未经处理的样品进行表征，发现经等离子体处理后的样品，载体从水滑石结构变为复合氧化物结构，这说明等离子体处理可将载体中的羟基和羰基除去，从而引起载体结构变化.热重分析结果显示，经等离子体处理后的样品失重量（19%-23%）与未处理样品的失重量（31%）相比差10%左右，这说明采用该方法可以在一定程度上去除纳米金表面保护基团和载体的层间阴离子.用紫外-可见光谱和高角环形暗场像-扫描透射电子显微镜对催化剂中金颗粒的尺寸分布和平均粒径进行分析，发现金颗粒在等离子体处理过后其粒径没有发生严重聚集，平均粒径由未处理时的1.4-1.7nm轻微长大至2.4-3.7nm.
以含硫醇化合物（半胱氨酸）保护的金原子团簇催化剂为例考察了等离子体不同处理时间的影响，发现随着处理时间从25min延长至150min，样品的颜色从浅紫色变为暗紫色.结合XRD和TGA等结果可知，随着处理时间的延长，催化剂中保护基团的去除度逐渐提高.CO氧化反应活性评价结果显示，与未经处理的样品相比，经等离子体处理后的样品催化CO氧化反应活性有明显提高，且随预处理时间延长，活性有提高的趋势.动力学测试结果表明，经等离子体处理后的样品催化CO氧化的表观活化能低至1.2-2.9kJ/mol，接近于文献中报道的Au/TiO2催化剂.这说明作为一种催化剂处理方法，介质阻挡放电等离子体技术可以有效去除催化剂中的保护剂，且因其处理条件相对温和，可在一定程度上保持金颗粒尺寸的稳定，这对于控制合成负载型小尺寸的金催化剂具有重要意义.

基金资助:

基金资助:

国家自然科学基金（21476227，21522608，21776271）；中国科学院战略性先导科技专项（XDB17020100）；国家重点研发计划"纳米科技"重点专项（2016YFA0202801）；中国科学院青年创新促进会（2014163）；辽宁省科技厅（2015020086-101）.

通讯作者: 刘晓艳     E-mail: xyliu2003@dicp.ac.cn

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　大连化物所张涛发表单原子催化述评文章

中国科学院大连化学物理研究所张涛团队在单原子催化研究方面的开创性工作以及后续系列进展受到了国际同行的广泛关注。近日，该研究团队的研究员王爱琴、张涛与清华大学化学系教授李隽一起受邀在《自然综述-化学》（Nature Review Chemistry）杂志上发表题目为Heterogeneous Single-Atom Catalysis 的述评文章。

　　作为一种特殊的负载型金属催化剂，单原子催化剂专指载体上的所有金属组分都以单原子分散的形式存在。“单原子催化”概念由张涛、李隽及美国亚利桑那州立大学教授刘景月于2011年共同提出（Nature Chemistry）。在短短7年的时间里单原子催化迅速成为催化领域的研究前沿。越来越多的研究结果表明，单原子催化剂由于其特殊的结构而呈现出显著不同于常规纳米催化剂的活性、选择性和稳定性。随着先进表征技术的发展，单原子催化剂为从原子和分子层次阐明催化剂的构效关系提供了机会，同时也为连结多相催化与均相催化提供了可能。

　　该述评首先从历史角度对“单原子催化剂（Single-Atom Catalyst）”和“单活性位催化剂(Single-Site Catalyst）”概念进行了阐述，指出两者在概念上的区别。文章进而系统综述了单原子催化剂在不同载体上的稳定机制，在热催化、电催化、光催化反应中的应用；探讨了单原子的催化活性、选择性、稳定性与其局域结构和电子性质的关联。文章最后还展望了单原子催化领域存在的机遇与挑战。

　　以上研究得到了科技部重点研发计划、国家自然科学基金委基金项目、中科院战略性先导科技专项和教育部能源材料化学协同创新中心(2011·iChEM)的资助。

大连化物所发表单原子催化述评文章

zoucuolou

中国科学院大连化学物理研究所研究员黄延强和中国科学院院士张涛在肼分解制氢方面的工作受到了国际同行的广泛关注，近期受邀在《国家科学评论》（National Science Review）上发表题为Design strategies of highly selective nickel catalysts for H2 production via hydrous hydrazine decomposition: a review 的综述文章。

　　肼（N2H4）是一种重要的液体推进剂，在催化剂作用下能够在室温下被迅速分解，产生高温高压的气体，实现化学能向动能的转变。该团队长期致力于肼分解反应的基础和应用研究，针对国民经济的多个应用领域开发了多种肼分解催化剂。实现对肼分解选择性的调控（高选择性生成氢气和氮气）具有明确的应用价值，是学术界关注的焦点，其核心在于通过对催化剂的优化设计实现其对N-N键和N-H键断键能力，以及顺序的精准控制。该文章重点综述了该团队在非贵金属镍基催化剂上肼分解制氢活性和选择性的调控策略：利用碱性助剂效应（Angew. Chem. Int. Ed., AIChE J.）、合金效应（Appl. Catal. B, J. Catal.）和金属-载体强相互作用（ACS Catal.），构建了不同结构的负载型镍基催化剂体系，实现了肼高活性、高选择性分解制氢。相关研究工作进一步深化了对肼分解反应机理的认识，为我国肼分解催化剂在关键领域的应用奠定了重要基础。

　　以上工作得到国家自然科学基金委和中科院相关项目的资助。

大连化物所发表肼分解制氢研究的综述文章

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中科院大连化物所张涛院士获首届“中国科学材料·创新奖”

6月18日，首届“中国科学材料·创新奖（Science China Materials Innovation Award）”揭晓，中国科学院大连化学物理研究所张涛院士因其“在工业催化材料研究领域的突出贡献，特别是在单原子催化方面的开创性研究”成为该奖项的首位获奖者。国家自然科学基金委员会副主任张希教授和Science China Materials主编李亚栋教授在第二届单原子催化国际研讨会（The 2nd International Symposium on Single-Atom Catalysis）期间向张涛颁发了获奖证书。

“中国科学材料·创新奖”由Science China Materials杂志编委会和《中国科学》杂志社于2018年设立，旨在表彰在国际材料科学领域做出重大贡献、推动我国材料学科发展的杰出科学家。此奖项每年评选一次，由Science China Materials编委会成员提名，Science China Materials正、副主编、相关领域的科学家和《中国科学》杂志社代表组成的评奖委员会决定最终人选。

张涛长期从事工业催化领域的研究，近期主要致力于航天无毒推进剂催化分解技术、生物质催化转化、单原子催化和纳米催化等方面的研究。他的研究团队在从纳米至单原子尺度的范围内，系统地研究了负载型金属催化剂及其在催化反应中的构效关系，在孔径可控的新型载体、亚纳米和单原子分散的负载型金属催化剂等方向取得了重要进展。2011年，张涛研究团队与清华大学李隽教授以及美国亚利桑那大学刘景月教授合作，在国际上首次提出了“单原子催化（Single-Atom Catalysis）”的新概念，引发了单原子催化研究热潮，单原子催化目前已成为材料科学和催化科学领域的研究前沿。2016年12月，张涛团队有关“单原子催化”的最新成果还入选美国化学会化学工程新闻评选出的2016年度化学化工领域“十大科研成果”。张涛以第一完成人荣获国家技术发明二等奖三项；曾获中国科学院“参加载人航天工程突出贡献者”称号，是“首批新世纪百千万人才工程国家级人选”；2003年获国家自然科学杰出青年基金；2008年获中国催化青年奖；2009年获全国“五一劳动奖章”、周光召基金会“应用科学奖”和中国科学院杰出科技成就奖；2013年当选中国科学院院士，2016年获得何梁何利基金科学与技术进步奖化学奖。他在包括Nat. Chem.、Nat. Energy、Acc. Chem. Res.、Chem. Rev.、Angew. Chem. Int. Ed.、JACS等权威刊物上发表SCI收录论文五百余篇，申请发明专利二百余件。

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近日，中国科学院大连化学物理研究所航天催化与新材料实验室研究员乔波涛和中科院院士张涛团队与穆斯堡尔谱技术研究组研究员王军虎团队合作，在金属载体强相互作用研究方面取得新进展：首次发现铂族金属（Pt、Pd）与羟基磷灰石之间的金属载体强相互作用。研究成果在Chemical Science上发表。

1978年Tauster等发现二氧化钛等可还原性载体负载的铂族金属在高温还原后会失去对小分子（CO，H2）的吸附性能，并将该现象命名为金属载体强相互作用（Strong Metal-Support Interaction, SMSI）。SMSI能够改变金属纳米粒子的形貌和电子性质，因此可以改变反应活性与选择性，对催化剂的催化性能具有重要影响。同时，SMSI通常伴随着载体对金属颗粒的包埋，因而能够有效稳定金属粒子，有助于制备稳定型金属催化剂。

SMSI自发现以来其体系不断扩展，但大多集中在可还原性金属氧化物负载的铂族金属催化剂体系，且其发生条件也一直限制在高温还原或超高真空等足以引发载体还原的环境条件。在前期的研究中，乔波涛和张涛团队与王军虎团队在多年羟基磷灰石（HAP）负载金属催化剂的研究基础上，首次发现金（Au）与HAP之间氧诱导的SMSI（鉴于其形成环境将其标记为OMSI），该发现不仅成功将SMSI载体体系首次扩展到金属氧化物之外，并且为稳定型金催化剂的制备提供了一种全新的思路（J. Am. Chem. Soc.）。在该工作基础上，两团队通过对SMSI的调变，设计开发了兼具高活性和稳定性且具有实际应用前景的具有独特半包裹结构的Au/HAP-TiO2催化剂（Angew. Chem. Int. Ed., Chin. J. Catal.）。此外，两个团队在金催化剂体系经典SMSI效应的开发方面也取得了突破性进展，首次发现并验证了金纳米粒子与二氧化钛之间的经典SMSI（Sci. Adv.），打破了第一副族金属不能与载体形成经典SMSI的这一传统认知，填补了经典SMSI效应的空白。

此次，两个研究团队再次合作，在上述系列研究工作的启发下，首次发现铂族金属与HAP之间的OMSI效应。在OMSI效应作用下，铂族金属纳米粒子被HAP载体包裹，在反应过程中的聚集长大和流失被有效抑制，因此催化剂的重复使用性能和反应稳定性能得到了明显的改善和提升。这是首次发现铂族金属催化剂体系可以发生OMSI效应，这一研究发现不仅有助于加深对SMSI效应的了解和认识，并且为氧化环境下稳定型铂族金属催化剂的设计和开发提供了新的途径。

上述研究工作得到国家自然科学基金委、科技部、中科院战略性先导科技专项资助。

大连化物所金属载体强相互作用研究取得新进展

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发展中国家科学院（TWAS）第28届院士大会11月27日在意大利开幕。来自20个国家和地区的46位学者新当选TWAS院士，其中14位为中国大陆科学家。中科院院士、中科院大连化学物理研究所张涛入选。

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选择性催化加氢在石化和精细化工行业都有广泛的应用，然而，当底物中同时存在两个或多个官能团时，选择性加氢仍然具有挑战性。“活性位点隔离”是应对这一挑战的有效策略，已经开发出多种方法来进行位点隔离。近日，中科院大连化物所张涛，王爱琴等对这些方法进行了总结，包括在金属表面吸附/接枝含N/S的有机分子；通过掺杂或强金属-载体相互作用用金属氧化物部分覆盖活性金属表面；将活性金属纳米颗粒限域在微孔或中孔载体；生成具有相对惰性的金属（IB和IIB）或非金属元素（B，C，S等）的双金属合金或金属间化合物或核壳结构；以及在可还原氧化物或惰性金属上构建单原子催化剂。

作者讨论了每种隔离方法对炔烃/二烯生成单烯，α，β-不饱和醛/酮生成不饱和醇，以及硝基芳烃生成相应的苯胺这三种类型的化学选择性加氢反应的优点和缺点。作者还讨论了影响催化活性/选择性的关键因素，特别是活性位的几何结构和电子结构，目的是理解开发高效和高选择性氢化反应及其它转化反应催化剂的基本原理。


Leilei Zhang, Maoxiang Zhou, Aiqin Wang* and Tao Zhang*. Selective Hydrogenation over Supported Metal Catalysts: From Nanoparticles to Single Atoms. Chem. Rev., 2019
DOI: 10.1021/acs.chemrev.9b00230
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.chemrev.9b00230

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6月15日，加拿大工程院（Canadian Academy of Engineering）在其官网公布了2020年新增院士名单。中国科学院副院长、我所院士当选为加拿大工程院国际院士（International Fellow）。

　　张涛因其在单原子催化和生物质转化领域的原创性贡献而获得提名。他长期致力于负载型金属催化剂的研究：提出了“单原子催化”的概念，真正实现在原子尺度上构筑催化剂活性位，为实用催化剂的设计提供启示；首次发明了纤维素高选择性催化转化为乙二醇的新过程，引起学术界和产业界广泛关注。此外，他与加拿大学者开展了实质性合作，推动了国家层面的中加学术合作交流。
　　加拿大工程院成立于1987年，是加拿大政府在工程领域的最高荣誉机构及智库。2020年，加拿大工程院共新增院士52名，其中国际院士2名。（文/图 王永进、黄延强）

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近日，我所催化与新材料研究室（十五室）张涛院士、杨冰副研究员团队，与上海高等研究院朱倍恩研究员合作，在单原子催化剂动态催化机制研究方面取得新进展，发现单原子不仅提供活性位点，同时还可以在长时反应过程中诱导载体表面碳化，进而大幅提升反应活性。
　　自2011年张涛等首次提出单原子催化概念以来，单原子催化剂（SACs）由于其特殊的活性、选择性以及原子利用率最大化等特点，逐渐成为催化领域的研究热点。尽管已有工作揭示了单原子位点对反应物活化、产物选择性的重要催化作用，但是，SACs在实际反应过程中的动态结构演变的识别与调控仍有待进一步探索。
　　张涛和杨冰团队长期致力于金属催化剂动态演化与原位电子显微识别研究（ACS Catal.，2022；Nat. Commun.，2021；Nat. Catal.，2020；ACS Sustain. Chem. Eng.，2019；Appl. Catal. B，2018），通过前期一系列工作，揭示了“气氛—金属—载体”三相界面对金属催化剂动态行为调控的关键作用。

　　在本工作中，研究人员发现单原子催化剂（Pd1-FeOx）在二氧化碳加氢反应过程中的长时诱导期，可促进CO2转化率从17%逐渐增加到28%，并保持98%以上的CO选择性。相比而言，负载型纳米颗粒催化剂（Pd-NPs-FeOx）则一直保持稳定的催化活性和选择性。进一步通过原位表征、结构分析和理论计算等手段发现，Pd单原子不仅可以在反应初期提供高效的催化活性位，同时在长时反应过程中还可以促进FeOx载体的动态碳化，获得高活性的Fe5C2活性相，从而显著提高CO2转化率并降低活化能至27.7kJ/mol。相比之下，Pd纳米颗粒与载体（FeOx）则发生强金属载体相互作用（SMSI），产生的FeOx包覆抑制了FeOx的深度还原与碳化。本工作加深了对单原子催化的理解，揭示了反应环境下单原子位点对载体结构的动态作用机制，为单原子催化剂界面结构设计提供了新的启发。
　　相关研究成果以“Single-atom-driven dynamic carburization over Pd1-FeOx catalyst boosting CO2 conversion”为题，于近日发表于Chem上。该工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、我所创新基金等项目的支持。（文/图 杜鹏飞、杨冰）
　　文章链接：https://doi.org/10.1016/j.chempr.2022.08.012

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近日，我所张涛院士荣获第八届中国化学会-中国石油化工股份有限公司化学贡献奖，同时，何鸣元院士、林国强院士、席振峰院士也荣获该奖项。6月17日，在中国化学会第33届学术年会开幕式上，中国侨联主席万立骏院士和中国石化总工程师、中国化学会副理事长谢在库院士共同为张涛颁奖。
　　中国化学会-中国石油化工股份有限公司化学贡献奖设立于2008年，授予为促进国民经济建设和促进科学事业以及人才培养做出杰出贡献的化学家，奖励每两年组织一次提名、评审、颁发，每届奖励（不超过）4名化学家。