近日，齊魯工業(yè)大學（山東省科學院）材料科學與工程學部半導體材料與器件創(chuàng)新團隊和氫電能源材料創(chuàng)新團隊在國際著名期刊《Coordination Chemistry Reviews》（影響因子20.3）上在線發(fā)表了題為“In-situ characterization technologies and theoretical calculations in carbon dioxide reduction: In-depth understanding of reaction mechanisms and rational design of electrocatalysts”重要綜述論文。材料學部2022級碩士研究生王汝濤為文章的第一作者，材料學部閆理停副教授、趙學波教授和郭恩言副教授為文章的共同通訊作者。齊魯工業(yè)大學（山東省科學院）為唯一單位。
化石燃料的過度消耗已使大氣中的CO2濃度達到前所未有的水平，嚴重擾亂了全球碳循環(huán)。為了應(yīng)對日益嚴峻的氣候威脅，迫切需要推進突破性技術(shù)，致力于實現(xiàn)完整的碳循環(huán)閉合，關(guān)注碳管理的實際、可擴展解決方案。
二氧化碳電化學還原（CO2RR）通過利用可再生電力將二氧化碳轉(zhuǎn)化為有價值的化學品和燃料，為解決全球能源危機和實現(xiàn)碳中和提供了重要途徑。然而，在實際應(yīng)用中，傳統(tǒng)催化劑穩(wěn)定性與活性理論往往因催化劑在操作過程中的動態(tài)重組而變得復雜，這成為該領(lǐng)域面臨的重要挑戰(zhàn)。為了解決這一問題，先進的原位表征技術(shù)和理論計算被引入，用以揭示CO2RR過程中催化劑及中間體的動態(tài)演化。通過深入研究納米結(jié)構(gòu)催化劑的形成機制，研究人員能夠精確調(diào)控材料特性，從而優(yōu)化催化劑的活性和選擇性。
圖原為表征技術(shù)和理論計算在二氧化碳還原中的應(yīng)用
這篇綜述全面總結(jié)了原為表征技術(shù)和理論計算的最新進展，并強調(diào)它們在理解CO2RR反應(yīng)機理和促進高效催化劑設(shè)計中的關(guān)鍵作用。通過結(jié)合先進的實時監(jiān)測技術(shù)和理論計算方法，深入理解反應(yīng)機理，進而將變化的反應(yīng)環(huán)境的動態(tài)演化與理論模型相聯(lián)系。同時，探討其在催化劑設(shè)計中的指導作用，并展望了未來在多技術(shù)融合與數(shù)據(jù)驅(qū)動催化劑優(yōu)化方面的發(fā)展趨勢。
該綜述得到了國家自然科學基金、山東省高等學校青創(chuàng)科技支持計劃、濟南市高校“新20條”資助項目和齊魯工業(yè)大學科教產(chǎn)融合創(chuàng)新試點工程等項目支持。