近日，鄭州大學(xué)化學(xué)學(xué)院臧雙全教授課題組在原子級(jí)精確的金屬納米團(tuán)簇催化劑制備以及電催化還原反應(yīng)研究方面取得了一系列重要進(jìn)展，在國際重要頂級(jí)期刊《Angewandte Chemie International Edition》連續(xù)發(fā)表題為“Ligand-Shell Engineering of a Au28 Nanocluster Boosts Electrocatalytic CO2 Reduction”， “Mediating CO2 Electroreduction Activity and Selectivity over Atomically Precise Copper Clusters”和“Electropolymerization of Metal Clusters Establishing a Versatile Platform for Enhanced Catalysis Performance”的原創(chuàng)性研究論文。論文的第一作者分別為博士研究生王杰、碩士研究生劉麗娟以及博士研究生王一曼，通訊作者均為臧雙全教授。鄭州大學(xué)化學(xué)學(xué)院為論文第一作者單位和通訊單位。

金屬納米團(tuán)簇具有高催化活性，是一類電催化反應(yīng)的理想催化劑。原子級(jí)精確的金屬團(tuán)簇由于可以提供合適的研究平臺(tái)，因此在原子水平上利于關(guān)聯(lián)其結(jié)構(gòu)和催化行為。但因合成方面的挑戰(zhàn)，目前仍然缺乏對(duì)具有明確組成和結(jié)構(gòu)的金屬團(tuán)簇異構(gòu)體在電催化CO2還原反應(yīng)方面的研究。臧雙全教授研究團(tuán)隊(duì)近期成功合成了一對(duì)具有相同金屬內(nèi)核、不同界面層配位原子的Au28團(tuán)簇異構(gòu)體，以及利用配體工程策略制備了一對(duì)具有不同內(nèi)核構(gòu)型的Cu8團(tuán)簇異構(gòu)體。電催化反應(yīng)研究結(jié)果表明，界面層配位原子以及內(nèi)核構(gòu)型的改變均對(duì)電催化CO2還原的活性和選擇性產(chǎn)生了顯著的影響。同時(shí)，原子級(jí)精確金屬團(tuán)簇模型闡明了結(jié)構(gòu)和催化性能之間的相關(guān)性，為設(shè)計(jì)高效的金屬電催化劑具有重要指導(dǎo)意義。此外，針對(duì)離散型金屬團(tuán)簇在催化過程中的結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定性，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)合成了一系列咔唑基有機(jī)配體保護(hù)的金屬納米團(tuán)簇，并將其作為前驅(qū)體，通過采用一種全新的、普適性的團(tuán)簇電聚合策略，制備了一系列催化性能和穩(wěn)定性能顯著提升的聚團(tuán)簇雜化材料。這種團(tuán)簇電聚合策略為在各個(gè)領(lǐng)域制備高活性和高穩(wěn)定性的金屬納米團(tuán)簇基催化劑開辟了新的機(jī)遇。

以上研究得到了國家自然科學(xué)基金重大研究計(jì)劃重點(diǎn)支持項(xiàng)目、國家杰出青年科學(xué)基金。

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202207492

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202205626

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202114538