近日，遼寧科技大學(xué)遼寧省能源材料與電化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在CO?電化學(xué)還原基礎(chǔ)理論研究方面取得重要進(jìn)展，相關(guān)成果連續(xù)發(fā)表于物理化學(xué)領(lǐng)域知名期刊，為高效催化劑的理性設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。

據(jù)介紹，CO?電化學(xué)還原技術(shù)因反應(yīng)條件溫和、環(huán)境友好，在CO?資源化利用方面具有重要應(yīng)用前景，但受限于反應(yīng)路徑復(fù)雜、產(chǎn)物選擇性調(diào)控困難，其規(guī)?；瘧?yīng)用面臨瓶頸。研究團(tuán)隊(duì)以金屬-氮-碳類(lèi)催化劑為研究對(duì)象，基于第一性原理計(jì)算方法，從原子尺度系統(tǒng)分析了金屬活性位與反應(yīng)中間體之間的電子結(jié)構(gòu)特征和鍵合作用行為，提出了鍵合作用驅(qū)動(dòng)的選擇性調(diào)控機(jī)制。研究結(jié)果表明，金屬－中間體間的成鍵強(qiáng)度及電子占據(jù)特征是決定反應(yīng)路徑和產(chǎn)物選擇性的關(guān)鍵因素，這為高效、低成本CO?電還原催化劑的理性設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。該研究成果以First-Principles Study of Bonding-Driven Selectivity in CO? Electroreduction on Metal–Nitrogen–Carbon Catalysts為題，發(fā)表于Journal of Physical Chemistry C。論文第一作者為化學(xué)工程學(xué)院2025級(jí)碩士研究生盧美旭，通訊作者為陶林副教授與安百鋼教授。

此外，團(tuán)隊(duì)前期圍繞鎳原子中心CO?還原催化劑開(kāi)展的基礎(chǔ)研究成果已發(fā)表于Physical Chemistry Chemical Physics。論文第一作者為化工學(xué)院儲(chǔ)能科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)2022級(jí)本科生聶詩(shī)桐，通訊作者為副教授陶林及教授安百鋼。該研究結(jié)合密度泛函理論計(jì)算與機(jī)器學(xué)習(xí)方法，系統(tǒng)分析了電子結(jié)構(gòu)因素與催化性能之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)。研究結(jié)果表明，優(yōu)化金屬原子的配位環(huán)境，同時(shí)保持適當(dāng)?shù)幕钚晕稽c(diǎn)密度是提高催化性能的關(guān)鍵。該工作與上述研究共同構(gòu)成了團(tuán)隊(duì)在CO?電還原催化基礎(chǔ)理論方面的系列成果。

有關(guān)負(fù)責(zé)同志介紹，系列研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、遼寧省自然科學(xué)基金等項(xiàng)目支持，成果體現(xiàn)了重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在能源催化基礎(chǔ)研究方面的學(xué)術(shù)積累，也展現(xiàn)了學(xué)校在本科生與研究生貫通培養(yǎng)方面的顯著成效，為后續(xù)催化劑設(shè)計(jì)與應(yīng)用奠定了重要理論基礎(chǔ)。 （供稿單位：化工學(xué)院 圖片來(lái)源：化工學(xué)院）