南昌大学化学学院赵丹

youxiangfeng

姓名 赵丹

性别 男

职称 讲师

学位 博士

专业 化学

电子邮箱 zhaodan@ncu.edu.cn

研究方向 纳米-亚纳米尺度固态材料界面低维结构的设计合成及表征应用

教育工作经历

教育经历：

1995年9月-1999年7月， 大连理工大学化工学院化工工艺专业，工学学士；

2000年9月-2003年7月， 大连理工大学化工学院化学工艺专业，工学硕士；

2003年9月-2007年7月， 清华大学化学系物理化学专业，理学博士

工作经历：

2008年6月至今，南昌大学化学学院，教学科研岗

教学简介

教学专业：化学工程与技术，物理化学，工业催化。

讲授课程：《物理化学》，《大学化学》，《化学反应动力学》，《分析仪器实验》

每年皆完成三门本科及一门硕士专业课程授课工作，近两年来连续获得南昌大学“授课质量优秀提名奖”；完成4名本科生及2-3名研究生的毕业论文指导工作。

科研简介

众多重要化工过程如石油精炼、大宗化工产品及精细化学品生产都涉及金属催化剂上进行的多相催化反应，不断深入认识金属催化作用特点、研发更高效的金属催化剂以推动相关多相催化技术发展始终是化工科技进步、产业升级的基础和依托。目前使用的主流金属催化剂多为尺寸大于2.0 nm的金属颗粒,由此产生的一些局限性值得关注。首先，多相催化反应本质上是一种界面现象，对于金属催化剂，由于金属表面与反应物作用时的重构和松弛等效应,通常只有表面的1-3层原子可能暴露出来参与或影响和反应物的作用过程，即金属催化界面的厚度在1-3原子层之间，对于多数可用作催化剂的过渡金属,此类催化界面厚度的尺寸接近或小于1.0 nm即为亚纳米尺度范畴，这就意味着使用大于这一尺度的金属颗粒所得到的表征结果通常是包含了未发挥作用（未参与或影响和反应物的作用过程）金属原子性质而平均化后的信息，这种信息对于认识金属催化界面本身的性质显然会带来较大偏差，从而影响对金属催化作用的精确理解，克服这种影响最直接的方式在于将活性金属尽可能限定在催化界面层内，即将活性金属构建为完全分散型催化界面，以在此基础上发现建立更精确的金属催化“构-效”规律。其次，由于金属纳米材料的分散度近似等于其纳米尺度的倒数，使用尺寸大于2.0 nm的金属催化剂意味着至少有50%以上金属原子不能参与催化反应而处于无用浪费状态，这种浪费对于许多重要化学反应所依赖的贵金属催化剂尤为无法接受，克服这种浪费的根本途径也在于将活性金属尽可能完全分布于催化界面中，由此可望实现活性金属在催化反应中的100%利用率。构建完全分散型金属催化界面,简单来说就是使催化剂中的金属完全暴露即将金属分散度提高至100%,实现这一目标的直接途径在于将金属尺度控制为尺寸接近或小于1.0 nm即亚纳米尺度。我们早期工作中，在Au、Ag等纳米金属（3.0-10.0 nm）颗粒表面还原沉积Pt,通过控制Pt沉积量将Pt制备为亚纳米沉积体，实现了活性金属组份Pt的100%电催化利用率，而更值得注意的是在这些Pt分散度或利用率都接近100%的样品上，对于不同反应，其影响催化活性的主导结构因素及相应的催化反应行为都显著不同。如甲酸和甲醇的电氧化过程存在快速脱氢和分步脱氢两种不同氧化路径，对于电催化惰性基体Au纳米颗粒上100%分散的Pt样品，Pt沉积体尺寸越小，甲酸电氧化中快速脱氢氧化反应路径的选择性就越高，样品的本征活性也越高，而对于甲醇电氧化则无此现象；对于Ag纳米颗粒上高度分散的Pt样品，由于Pt与基底金属Ag形成的表面合金化结构，甲醇电氧化的本征活性显著提高，相对的这种结构对甲酸电氧化的贡献却不明显。由这些研究结果表明，将活性金属制备为完全分散的催化界面仅仅是获得高效金属催化剂的基本条件，在此基础上，对这种金属催化界面的结构和性质进行进一步调控和优化以获得本征活性更高的金属催化剂是更值得深入探索和尝试的方向。在此方面，调控构建非常规晶态金属催化界面值得关注，如近年来的研究热点之一，高指数晶面由于它们相对于常规金属表面具有更高密度的配位不饱和金属活性位点有望显现更高金属本征催化活性。近期我们利用Cu或Ag表面金属原子作为Au、Pt、Pd等贵金属盐的还原剂，适当调控实验条件，在纳米Cu或Ag颗粒表面通过氧化还原置换沉积出了[200]和[220]等非常规晶面原子排布的贵金属覆层[7]，初步结果显示在保证活性贵金属高利用率的同时，这些以高指数贵金属晶面为表面的样品，其催化性能显著优于以常规低指数晶面为暴露表面的传统贵金属催化剂。相对于以上在金属基底上构建非常规晶态金属催化表面，多相催化反应中应用更广泛的一类催化剂是以氧化物等载体负载的金属催化剂，对于此类催化剂，在提高金属分散度的过程中，金属表面向非常规晶态转变的趋势可能更为显著。首先，将金属尺度限定在亚纳米尺度使其分散度接近100 %时，金属固有的晶体结构很可能发生坍塌而转变成亚稳态结构，相应的金属表面也可能转变成非常规晶态；其次，随着金属尺度减小（分散度提高），金属受到周围化学环境的影响特别是载体的影响将越来越显著，在金属-载体界面上这些高度分散的金属也很难再维持其常规晶态；而这类转变必然导致异于常规金属催化界面上的反应行为，若有针对性的促成、调控这种转变过程，就可能构建出催化性能优异的新型金属催化界面。近期我们尝试在CeO2等纳米氧化物上，以常规的沉积沉淀法通过控制金属载量将Au制备为了亚纳米沉积体，Au常规晶态特征消失的同时，Au-CeO2界面的氧化还原性质成为了影响样品催化性能的关键因素，相对于传统的纳米Au催化剂，调变此因素可望实现Au催化本征活性呈数量级提高，由此也初步揭示了氧化物上完全分散非常规晶态金属优异的催化性能。

基于以上认识，我们研究工作主要聚焦于：在纳米金属基体以及氧化物载体表面，通过系统调控，尝试将活性金属构建为完全分散非常规晶态的金属催化界面，结合活性金属的催化特性选择合适的多相催化反应表征其催化性能，从根本上促进或实现对真正参与化学反应的催化界面上的金属进行精准表征，以深化对金属催化作用本质的认识；期望由此获得将活性金属制备为兼具高催化利用率和高本征活性催化界面的控制方法，发现或创立一些基于此类金属催化界面的高效催化新体系；结合制备、表征此类材料过程中所得到的合成-结构-性能规律，还可为从微观角度设计、调控金属催化剂的形态和性质提供有益参考，由此丰富金属催化新材料的设计合成理念，为研制新型高性能金属催化剂提供依据。

科研项目

完成科技计划项目：

1.   纳米金属及碳承载亚纳米金催化剂的合成与表征，国家教育部博士点基金，No.20093601120007，3.6万元，2009年1月-2011年12月

2.   纳米-亚纳米复合结构贵金属催化剂的合成与表征，国家自然科学基金，No.21003071，19万元，2010年1月-2013年12月

在研科技计划项目：

1.   完全分散非常规晶态金属催化界面的调控构建与表征，国家自然科学基金，No.21563018，47万元，2016年1月-2019年12月

2.   功能集成化聚丙烯酰胺基净水剂的设计开发与应用，南昌水业集团-南昌大学联合项目，30万元，2016年5月-2018年5月

社会兼职 任职南昌大学以来，主要研究方向为纳米-亚纳米尺度固态催化界面的设计构建及相关分析、模拟、测试应用，研究主持完成教育部基金项目1项，国家自然科学基金项目1项，另有1项国家自然科学基金项目在研；2008年7月赴韩国首尔参加第十四届国际催化大会，获“青年科学家奖”（“Young Scientist Award”）；在Angew. Chem. Int. Ed. (IF2014：11.261), Phys. Chem. Chem. Phys.(IF2014: 4.493),Electrochem.Commun. (IF2014 :4.847),J. Phys. Chem. C (IF2014:4.772)等国际较有影响力学术期刊上以第一作者发表6篇SCI论文，总被引次数已超过280次；申请发明专利3项，获授权2项。教学方面每年皆完成三门本科及一门硕士专业课程授课工作，近两年来连续获得南昌大学“授课质量优秀提名奖”；完成4名本科生及2-3名研究生的毕业论文指导工作。

获奖情况

荣誉和奖励：

1.    第十四届国际催化大会（14th ICC，韩国首尔，2008年7月）“青年科学家奖”（“Young
Scientist Award”）

2.    2013-2014第一学期，2013-2014第二学期，2014-2015第一学期，2015-2016第一学期，南昌大学《物理化学》课程“授课质量优秀提名奖”

代表性论文及专利

代表论文：

1.     Dan Zhao,Bo-Qing Xu, Enhancement of Pt Utilization in Electrocatalysts by Using GoldNanoparticles, Angew. Chem. Int. Ed., 2006, 45, 4955-4959. IF2014: 11.261, Webof Science 核心合集中的 "被引频次":150

2.     Dan Zhao,Bo-Qing Xu, Platinum Covering of Gold Nanoparticles for Utilization Enhancementof Pt in Electrocatalysts, Phys. Chem. Chem. Phys., 2006, 8,5106-5114. IF2014: 4.493, Web of Science 核心合集中的 "被引频次":59

3.     Dan Zhao,Bing Yan, Bo-Qing Xu, Proper Alloying of Pt with Underlying Ag NanoparticlesLeads to Dramatic Activity Enhancement of Pt Electrocatalyst, Electrochem.Commun.,2008, 10, 884-887. IF2014:4.847, Web ofScience 核心合集中的 "被引频次":33

4.     Dan Zhao,Yuan-Hao Wang, Bing Yan, Bo-Qing Xu, Manipulation of Pt^Ag Nanostructuresfor Advanced
Electrocatalyst, J. Phys. Chem. C, 2009, 113,1242-1250. IF2014:4.772, Web of Science 核心合集中的 "被引频次":35

5.     Dan Zhao,Yuan-Hao Wang, Bo-Qing Xu, Pt Flecks on Colloidal Au (Pt^Au) as NanostructuredAnode Catalysts for
Electrooxidation of Formic Acid, J. Phys. Chem. C, 2009,113, 20903-20911. IF2014:4.772, Web of Science 核心合集中的 "被引频次":34

6.     Dan Zhao,Xiang Xiong, Chang-Lin Qu, Ning Zhang, Remarkable Enhancement in Au Catalytic Utilizationfor Liquid Redox Reactions by Galvanic Deposition of Au on CuNanoparticles, J. Phys. Chem. C, 2014, 118, 19007-19016. IF2014:4.772,Web of Science 核心合集中的 "被引频次":6

发明专利：

1.     赵丹，王慧泽，邓圣军，肖卫明，陈超，张宁，一种表面高分散贵金属高指数晶面纳米颗粒的制备方法，南昌大学，中华人民共和国知识产权局-发明专利授权号: ZL 2014 1 0014413.5

2.  赵丹，涂长满，胡雪静，邓圣军，肖卫明，陈超，张宁，一种表面为稳定多价态铜复合层Cu2O基纳米材料的制备方法，南昌大学，中华人民共和国知识产权局-发明专利授权号：ZL 2015 1
0651665.3