摘要：Electrocatalysis is a process dealing with electrochemical reactions in the interconversion of chemical energy and electrical *** synthesis of catalytically active nanostructures is one of the key challenges that hinder the practical application of many important energy‐related electrocatalytic *** with conventional wet‐chemical,solid‐state and vapor deposition synthesis,electrochemical synthesis is a simple,fast,cost‐effective and precisely controllable method for the preparation of highly efficient catalytic *** this review,we summarize recent progress in the electrochemical synthesis of catalytic materials such as single atoms,spherical and shaped nanoparticles,nanosheets,nanowires,core‐shell nanostructures,layered nanomaterials,dendritic nanostructures,hierarchically porous nanostructures as well as composite *** aspects of electrochemical synthesis and several main electrochemical synthesis methods are ***‐performance correlations between electrochemically synthesized catalysts and their unique electrocatalytic properties are exemplified using selected *** offer the reader with a basic guide to the synthesis of highly efficient catalysts using electrochemical methods,and we propose some research challenges and future opportunities in this field.

摘要：Deoxygenative upgrading of 5-hydromethylfurfural(HMF)into valuable chemicals has attracted intensive research interest in recent years,with product selectivity control remaining an important ***,TiO_(2) supported gold catalysts coated with a thin N-doped porous carbon(NPC)layer were developed via a polydopamine-coating-carbonization strategy and utilized for pathway-specific conversion of HMF into 5-methylfurfural(5-MF)with the use of renewable formic acid(FA)as the deoxygenation *** as-fabricated Au/TiO_(2)@NPC exhibited excellent catalytic performance with a high yield of 5-MF(>95%).The catalytic behavior of Au@NPC-based catalysts was shown to be correlated with the suitable combination of highly dispersed Au nanoparticles and favorable interfacial interactions in the Au@NPC core-shell hetero-nanoarchitectures,thereby facilitating the preferential esterification of HMF with FA and suppressing unproductive FA dehydrogenation,which promoted the selective formylation/decarboxylation of hydroxy-methyl group in HMF in a pathway-specific *** present NPC/metal interfacial engineering strategy may provide a potential guide for the rational design of advanced catalysts for a wide variety of heterogeneous catalysis processes in terms of the conversion of biomass source.

摘要：Electrochemical CO2 reduction reaction(CO2RR)powered by renewable electricity has emerged as the most promising technique for CO2 conversion,making it possible to realize a carbon‐neutral *** efficient,robust,and cost‐effective catalysts are highly demanded for the near‐future practical applications of *** studies on atomically dispersed metal‐nitrogen(M‐Nx)sites constituted of earth abundant elements with maximum atom‐utilization efficiency have demonstrated their performance towards *** review summarizes recent advances on a variety of M‐Nx sites‐containing transition metal‐centered macrocyclic complexes,metal organic frameworks,and M‐Nx‐doped carbon materials for efficient CO2RR,including both experimental and theoretical *** roles of metal centers,coordinated ligands,and conductive supports on the intrinsic activity and selectivity,together with the importance of reaction conditions for improved performance are *** mechanisms of CO2RR over these M‐Nx‐containing materials are presented to provide useful guidance for the rational design of efficient catalysts towards CO2RR.

摘要：氨(NH_(3))作为重要的化学品和能源储存介质,需求量与日俱增.本文旨在通过电化学硝酸根还原反应(NO_(3)^(−)RR),将NO_(3)^(−)转化为NH3,不仅解决了NO_(3)^(−)引起的环境污染问题,又可以满足对NH_(3)的迫切需求.然而,NO_(3)^(−)RR涉及多个电子和质子转移过程,其中,NO_(2)^(−)是NO_(3)^(−)活化转化和深度还原合成NH_(3)的重要中间体.酞菁铜(CuPc)能够高效地活化转化NO_(3)^(−)为NO_(2)^(−),但在低过电位时无法有效地将NO2−还原为NH3,难以获得较高的氨法拉第效率(FENH3)和分电流密度.而氮配位的铁单原子催化剂(FeNC)则有较好的NO_(2)^(−)吸附活化特性.因此,利用双组分催化剂之间的协同作用以实现高效NO_(3)^(−)RR的活性和选择性是本文的主要研究思路.本文设计了CuPc/FeNC串联催化剂,利用CuPc和FeNC对NO_(3)^(−)和NO_(2)^(−)的吸附活化能力的差异,实现了高效的协同催化转化.X射线衍射、高角环形暗场扫描透射电镜、X射线光电子能谱及X射线吸收谱结果表明,FeNC催化剂中Fe原子均匀分布于ZIF-8热解后的基底.通过将FeNC和CuPc负载于气体扩散电极,在流动电解池中完成NO_(3)^(−)***/FeNC催化剂在较低电势区间中能够实现接近100%的NH3法拉第效率,同时在−0.57 V ***时达到273 mA cm–2的NH3分电流密度,并且在整个电势范围内有效地抑制了NO_(2)^(–)聚集.与单组分催化剂CuPc和FeNC对比结果表明,在−0.53 V ***时,CuPc/FeNC催化剂表现出较高的FE(NH_(3))/FE(NO_(2)^(−))比值,是CuPc催化剂的50倍;同时CuPc/FeNC催化剂上NH3分电流密度是FeNC催化剂的1.5倍.进一步研究了NO_(3)^(–)RR中的串联反应机制,其中FeNC催化剂表现出较高的NO_(2)^(–)RR活性,并且有效抑制了析氢反应.此外,CuPc/FeNC催化剂和FeNC催化剂在NO_(2)^(−)RR中表现出类似的NH3分电流密度,这表明在NO_(3)^(−)RR中,CuPc/FeNC催化剂性能的提高来源于FeNC位点能够进一步还原CuPc位点产生的NO_(2)^(–).理论计算结果表明,FeNC比CuPc表现出更强的NO_(2)^(–)吸附活化能力,说明NO_(2)^(−)在FeNC上更容易进行加氢还原.NO_(3)^(−)RR反应全路径分析结果表明,对于^(*)NO_(3)还原到*NO2过程,CuPc相对于FeNC位点具有明显降低的反应自由能,说明CuPc有利于NO_(2)^(−)的生成;而FeNC位点在后续的^(*)NO_(2)还原合成^(*)NH_(3)过程中具有更低的反应自由能,这与实验结果一致.一系列非原位和原位表征证明了CuPc催化剂在高电位下存在少量金属颗粒析出,与CuPc催化剂在高电位下NH_(3)分电流密度快速增加结果一致.综上,本工作中CuPc和FeNC催化剂之间的协同作用弥补了各自的不足,通过串联反应机制,在低过电位下有效增加了NH_(3)的法拉第效率和电流密度,实现了高效的协同催化转化,为设计和合成高效催化剂提供了新思路.

摘要：催化作为关键和核心技术,在能源、环境、农业以及人类健康等领域将会发挥越来越重要的作用.借助纳米科学和技术的发展和进步,以纳米体系的电子调制为理论基础,通过在纳米层次对催化剂的组成、结构和形貌,以及电子态的调控,实现高效催化剂的理性设计和精准制备,以及真实催化反应条件下对催化剂和催化作用的高分辨和动态表征是未来催化研究发展的重要方向.本文系统介绍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.基于本研究组提出的"纳米限域催化"概念,将具有高催化活性的单中心低价铁原子通过2个碳原子和1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"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,通过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%.这些突破性技术摒弃了延续九十多年的F-T路线,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,被誉为烯烃合成领域"里程碑式新进展".进一步地,这些研究成果正在与国内外企业合作,积极探索这类新过程的工业应用.

摘要：由甲烷直接转化制高值化学品(如烯烃、芳烃等)是天然气利用的理想途径和终极目标,可为后石油时代多元化的化学品供应提供一个替代方案,但甲烷直接转化极具挑战,至今尚未实现应用,其关键问题在于C-H键活化和可控C-C偶联。综述了甲烷直接转化的3条重要的反应路径:氧化偶联制乙烯(OCM)、无氧芳构化制芳烃(MDA)以及无氧直接制烯烃、芳烃和氢气(MTOAH)的研究进展,并讨论了各路径的优缺点、应用前景及面临的主要挑战。尽管OCM、MDA和MTOAH技术在新催化剂研制、活性位确定和催化剂优化等方面已经取得了显著进展,但催化剂的选择性和稳定性仍需进一步优化,机理研究仍需进一步深入,以指导高选择性和高稳定性催化剂的设计和合成。

摘要：设计合成了Rh/CeO2-SiC新型催化剂,X射线衍射和透射电镜等表征结果表明,SiC表面均匀分散了4nm左右的CeO2纳米颗粒,进而可很好地分散Rh纳米粒子.该催化剂在乙醇部分氧化制氢反应中显示出优越的催化性能,乙醇转化率及H2选择性随反应温度的提高而提高,700oC时乙醇转化率为100%,H2选择性为50%,CO选择性仅为13%,且反应40h未见明显失活,反应后催化剂表面没有明显的积炭生成.该催化剂上较低的CO选择性及抗积炭性能可归因于SiC的热传导性能以及CeO2中活泼晶格氧的作用.

摘要：应用密度泛函理论研究了Mo/MCM-22分子筛上碳化钼活性中心的几何结构和电子结构,以及甲烷在该活性中心上的活化机理.设计了两种结构的活性中心模型:Mo(CH2)2(模型A)和Mo(CH)CH2(模型B);它们都嫁接在MCM-22分子筛超笼边缘的T4位的Brφnsted-酸性位上,用3T簇模型代替分子筛的骨架,对所设计的模型进行了几何结构优化和电子结构分析.结构优化结果显示,Mo与CH2端基以双键结合,键长为0.18～0.19nm,而Mo与CH端基以叁键结合,键长为0.17nm.通过自然键轨道分析,证明中心钼原子以配位键与骨架氧原子结合.根据前线分子轨道的分析,预测了甲烷活化反应将发生在甲烷分子的HOMO和钼活性中心的LUMO之间,即C-H键的电子流向Mo-C键的π*轨道.甲烷C-H键发生异裂,H+和H3C-基团分别与Mo-C键上的Mo和C成键.在模型A上,甲烷活化反应的活化能为119.97kJ/mol;在模型B上,甲烷的H原子可以分别结合到CH2端基和CH端基上,对应的活化能分别为91.37和79.07kJ/mol.

摘要：能源化学是在世界能源需求日益突出的背景下处于发展初步阶段的新兴交叉学科,主要利用化学的理论和方法来研究能量获取、储存及转换过程的规律,探索能源新技术的实现途径.作为能源学科中最主要的二级学科之一,能源化学是在融合物理化学、材料化学和化学工程等学科知识的基础上而提升形成,兼具理学、工学相融合大格局的鲜明特色,是指导能源高效利用和新能源开发的关键学科之一.能源科学很可能跟随材料科学和环境科学形成壮大的足迹,成为被学术界、工业界和社会所广泛认可的新兴一级学科,进而被基本学科指标数据库(Essential Science Indicators,ESI)所收录,能源化学则有望最早搭建起全面系统的知识框架体系,成为能源科学二级学科分支中的前行者和引航员.本文对能源化学学科的内涵及分类、战略地位、规律及特点等进行了梳理和分析,在明确学科发展目标与学科任务的基础上,提出了对我国能源化学学科发展的初步建议.目前需要把握国际尚未建立能源化学学科特别是本科-研究生教育体系的关键时机,借助高校体制机制改革的东风,集中全国优势力量,全面细致地做好顶层设计和学科规划,编写出国际首套本科生教材,加快在部分基础好的高校开展试点工作,力争在国际上引领能源新学科的建立、发展与应用.

摘要：可再生能源驱动的二氧化碳电催化还原反应(CO_(2)RR)是实现CO_(2)高效转化和利用的有效途径。电解器的理性设计对于提高CO_(2)RR性能及其工业放大应用具有重要意义。电解器构型及其操作条件在很大程度上决定了电极附近的局部反应环境,从而调变催化性能。本文深度剖析了三种CO_(2)电解器(H型电解池、流动电解池和膜电极电解池)的研究进展和现状,结合文献报道,在电流密度、法拉第效率、能量效率和稳定性等四个关键性能参数上比较和讨论了不同电解器构型的优缺点及其对CO_(2)RR性能的影响。面向实际应用的CO_(2)RR研究应该把工业级电流密度作为提高其它三个指标的前提。尽管目前还存在一些问题和挑战,膜电极电解器被认为是最具工业应用前景的技术方案。本文最后提出了一些可能的研究策略和机遇,展望了该领域的未来发展趋势。