双核型单分子异质结催化剂的定制及其CO2还原产物的电化学调控
批准号:
22105203
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
马冬冬
依托单位:
学科分类:
复合与杂化材料化学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
马冬冬
中文摘要
实现电催化CO2有效转化为高附加值的化学原料和清洁燃料对解决能源和环境危机具有重要的战略意义,而构建高效稳定的电催化剂是实现这一目标的核心。近年来,虽然电催化CO2还原制高级产物取得了一定的进展,但受限于催化剂活性位点单一、对催化机制的理解尚不深入等原因,其高级产物的选择性依然不理想。本项目拟设计合成结构明确、具有共轭平面的双核金属配合物,实现金属配位原子和电子结构的精准调控。继而以功能化碳基材料为锚定载体,通过分子尺度构建策略制备一系列具有高表面活性密度的双核型单分子异质结催化材料。基于活性位点的灵活设计和界面驱动的局域协同,探索电催化CO2还原产物的高效调控和模块化制备,深入研究配位原子组成、局域电子结构和催化性能之间的科学关系,继以筛选出具有商业价值的电催化CO2还原催化剂。本项目的开展不仅为单分子异质结催化剂的可控制备提供重要参考,而且为CO2高效转化的深入研究和广泛应用奠定基础。
英文摘要
Efficiently electrocatalytic conversion CO2 to high-value-added chemical feedstocks and clean fuels has important strategic significance in solving energy and environmental crisis. The development of efficient and stable electrocatalysts is the key to achieve this aim. Although some developments on electrocatalytic CO2 to advanced products were made recently, it is still not adequate to deeply understand the catalysis mechanism and high-selectively obtain the advanced products because of lack of versatile catalysts. In this project, we propose to design and synthesize a series of binuclear metal complexes with well-defined structure. Then they will be converted into binuclear single-molecular heterojunction catalysts with highly surface activity density through controllable molecular scale construction strategy. Based on the flexible design and local synergy of active sites, the efficient regulation and modular preparation of electrocatalytic CO2 reduction products were explored, followed by screening of electrocatalysts with commercial value. The development of this project is not only expected to provide valuable references for the controlled synthesis of single-molecular heterojunction-type catalysts, but also expected to promote the in-depth study and wide application of efficient CO2 conversion.
推动电化学CO2增值转化是优化能源和环境问题的重要举措之一,具有科学论证的战略意义。其中,探索高效的催化材料、匹配的反应模式及其可调控的增值产物,势在必行也面临挑战。本项目基于酞菁、卟啉、菲罗啉等平面共轭金属配合物的修饰设计,系统地开发了一系列单分子异质结材料,并总结了普适性制备方法。基于该类材料,详细考察了其在电催化CO2还原中的法拉第效率、选择性、电流密度和稳定性等性能参数,并结合原位光谱和理论计算,深刻揭示了该系列单分子异质结材料的界面结构与催化性能之间的内在关系。研究结果表明,构建局域微环境可以优化反应路径,继而提高电催化CO2还原活性和稳定性,终为还原产物CO介导的串联合成奠定基础;耦合电位匹配的阳极氧化反应,可以降低电解池能耗,形成节能增值的模块催化。总之,本项目的顺利开展,从分子水平论证了电催化CO2还原规模化发展的可行性,将为新型高效稳定的CO2催化材料的顶层设计提供有价值的指导。
单分子异质结材料的靶向设计及其增值成对电合成研究
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批准号:22375203
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项目类别:面上项目
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资助金额:50.00万元
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批准年份:2023
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负责人:马冬冬
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依托单位:
国内基金
海外基金