王梁炳特聘教授团队在光固氮研究领域取得系列进展

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中南大学材料科学与工程学院王梁炳特聘教授通过精细调控光催化纳米材料的电子结构实现室温高效光固氮，在《ACS Energy Letters》、《Appl. Catal. B: Environ.》、《ACS Catalysis》等国际权威期刊连续发表了团队研究成果。
        氨是世界上最重要的化工产品，其衍生物氮肥作为现代农业的基础，大幅提高各类农作物的产量，解决了全世界数十亿人口温饱问题。但是，传统氨合成过程是在高温高压下通过氢气和氮气反应制得，耗能极高。据统计，每年合成氨所消耗的能量占全球能源总消耗的2%左右。借助光催化策略，在室温常压下以水为质子源实现氮气直接转化为氨是极具前景的固氮新路径，受到全球科学界和产业界的广泛关注。王梁炳特聘教授课题组利用多孔Cu的等离激元共振效应，构筑了多孔Cu负载的Fe催化剂，实现了氮气的高效光固定直接转化为氨。多孔CuFe催化剂展现出优异的催化活性，其氨生成速率达342μmol·gcat.−1·h−1。该工作发表于国际著名期刊《ACS Energy Letters》，中南大学是第一单位，王梁炳特聘教授和中国科学技术大学张文华副教授是共同通讯作者。

（图为王梁炳特聘教授课题组研制的多孔CuFe氮气光固定路径示意图）

       除了金属晶体，部分氧化物和氮化物也被发现具有优异的等离激元共振效应。王梁炳特聘教授课题组基于二维新型氮化物Ti3C2TxMXenes的近红外等离激元共振特性和TiO2材料的能带结构，制备了TiO2/Ti3C2Tx复合催化剂，并成功应用于光固氮，实现了太阳光全光谱的高效固氮。此外，对于具有高效活性位点但不能产生光电响应的催化材料，往往需要在催化反应体系中加入光敏化剂。目前使用的光敏化剂一般是昂贵的贵金属基分子或者染料分子。课题组成功将廉价NaI/PPh3光敏化剂体系应用于多相光催化反应，构筑了Fe1/C-NaI/PPh3单原子光催化体系，实现了室温高效光固氮。上述两项工作分别发表于国际著名期刊《Appl. Catal. B: Environ.》和《ACS Catalysis》，中南大学为第一单位，王梁炳特聘教授为通讯作者。

（图为王梁炳特聘教授课题组研制的TiO2/Ti3C2Tx复合催化剂、Fe1/C-NaI/PPh3催化体系氮气光固定原理图）

       本工作得到了国家自然科学基金、湖湘高层次人才聚集工程、湖南省优秀青年基金、中南大学创新驱动计划、中南大学科研启动资金和粉末冶金国家重点实验室自主课题的大力支持。


       论文链接：
       https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.0c00959
       https://www.sciencedirect.com/sc ... i/S0926337320304872
       https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.0c00920


       文章来源：中南大学
       王梁炳，中南大学材料科学与工程学院特聘教授，博士生导师。2013年在中国科技大学化学系获理学学士学位。2017年在中国科技大学微尺度物质科学国家实验室获理学博士学位。主要研究方向为原子分子尺度上纳米催化剂的精细调控，以及小分子的高效活化转化。迄今为止，以（共同）第一作者身份共发表高质量论文12篇，其中包括1篇Nature Energy、1篇Nature Nano.、1篇Nature Commun.、1篇Chem、2篇J. Am. Chem. Soc.、2篇Angew. Chem. Int. Ed.和2篇Nano Lett.。此外，成功申请6项中国专利，获得研究生和博士生国家奖学金、中科院院长奖、宝钢优秀学生特等奖、中科院朱李月华优秀博士奖学金、牛津仪器“明日之星”奖学金、首届中国科技大学校十佳“六有”青年等奖励。通过国家自然科学基金委的选拨，入选并参加第67届诺贝尔奖获得者大会。