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近日，南方科技大學(xué)材料科學(xué)與工程系副教授谷猛課題組、物理系副教授徐虎課題組聯(lián)合俄勒岡大學(xué)教授馮振興團(tuán)隊(duì)在單原子催化領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，相關(guān)研究成果在國際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《美國化學(xué)會(huì)志》（Journal of the American Chemical Society）上在線發(fā)表，并被選為封面論文。論文題目為“高銥單原子負(fù)載氧化鎳用于高效電催化析氧（Ultrahigh-loading of Ir single atoms on NiO matrix to dramatically enhance oxygen evolution reaction）”。谷猛介紹，負(fù)載量難以提高是目前單原子催化劑發(fā)展的主要瓶頸之一，而這項(xiàng)研究不僅將單原子負(fù)載質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高至18%，獲得了目前同類材料報(bào)道中的最高負(fù)載量，還能使催化劑維持較高的活性和穩(wěn)定性。另外，谷猛課題組博士后王琦通過這種方法，進(jìn)一步獲得了高負(fù)載量的Mn、Fe、Co、Ru、Ir、Pt等單原子摻雜NiO，驗(yàn)證了該制備方法的普適性，為單原子催化劑的研究提供了更實(shí)用且可靠的研究思路。

合成氨工業(yè)對(duì)國民經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展具有舉足輕重的作用。目前，每年全球氨產(chǎn)量已超過億噸，其中大部分用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以解決糧食與溫飽問題，其它部分用作重要的工業(yè)原料。此外，氨還具有含氫量高（質(zhì)量比達(dá)17.6%）、易液化等優(yōu)點(diǎn)，有望成為重要的清潔儲(chǔ)氫與儲(chǔ)能材料，具有廣闊的應(yīng)用前景。然而，由于氮?dú)夥肿臃浅７€(wěn)定且難以活化，溫和條件下合成氨反應(yīng)難以迅速進(jìn)行。工業(yè)上廣泛采用的Haber-Bosch方法通過高溫高壓（300–500攝氏度，100–200個(gè)大氣壓）等苛刻條件來促使高純氫氣和氮?dú)庠阼F基催化劑表面進(jìn)行反應(yīng)生成氨，其能量和氫氣都來自于化石燃料（如甲烷等），表現(xiàn)出高能耗、高化石燃料消耗和高二氧化碳排放等缺點(diǎn)。合成氨工業(yè)消耗全球每年3–5%的甲烷與1–2%的能源供給，并產(chǎn)生1.6%的二氧化碳排放。尋找合適的綠色替代方案，在溫和條件下實(shí)現(xiàn)高效、低能耗、低排放合成氨，成為亟待解決的科學(xué)挑戰(zhàn)。 電催化氮還原反應(yīng)（總反應(yīng)為N2 + 3H2O ? 2NH3 + 1.5O2）提供了一種可持續(xù)合成氨的新路徑。該反應(yīng)在常溫常壓下即可進(jìn)行，以大量易得的水與氮?dú)猓諝猓┳鳛榉磻?yīng)原料，以可持續(xù)能源（太陽能，風(fēng)能等）產(chǎn)生的電能作為能量來源，即可實(shí)現(xiàn)“零排放”合成氨。因此，不論是作為傳統(tǒng)Haber-Bosch方法的潛在替代者還是作為新型清潔能源體系的重要組成部分，電化學(xué)合成氨技術(shù)都具有極大的發(fā)展?jié)摿εc廣闊的應(yīng)用前景。 然而，電化學(xué)合成氨技術(shù)仍面臨重大挑戰(zhàn)，其發(fā)展嚴(yán)重受制于現(xiàn)有催化劑非常低下的選擇性與活性。若要將該技術(shù)實(shí)用化，就必須同時(shí)大幅提升催化劑的選擇性與活性。然而，現(xiàn)有研究經(jīng)驗(yàn)與理論表明，該反應(yīng)催化劑普遍面臨嚴(yán)重的“選擇性-活性”兩難問題：具有理論高活性的催化劑通常會(huì)導(dǎo)致激烈的析氫副反應(yīng)，從而表現(xiàn)出低的反應(yīng)選擇性；而可能具有高選擇性的催化劑對(duì)氮的吸附又過強(qiáng)，導(dǎo)致產(chǎn)物難以脫附，表現(xiàn)出過低的反應(yīng)活性。因此，為取得電催化合成氨研究進(jìn)展，大幅提高催化劑的選擇性與活性，就必須突破現(xiàn)有理論，發(fā)展新型催化劑與催化體系。

該催化劑屬專利技術(shù)，該催化劑適用于焦化廢水處理。 鋼鐵工業(yè)煉焦工藝是以煤為原料，在隔絕空氣條件下將煤加熱到960-100℃，得到焦碳和一些化工產(chǎn)品。同時(shí)，在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量難以生物降解的芳香族有機(jī)物、雜環(huán)及多環(huán)化合物，且酚含量較高，這些污染物如果未經(jīng)處理或處理不當(dāng)隨廢水排放，將對(duì)水體產(chǎn)生嚴(yán)重污染。國內(nèi)外對(duì)焦化廢水的處理都沒有理想的處理方法。 目前，用固體催化劑處理焦化廢水的方法主要有催化濕式氧化法、光催化氧化法等。催化濕式氧化法是八十年代國際上發(fā)展起來的一種處理高濃度難生物降解有機(jī)廢水的處理技術(shù)（US 4699720,1987）。它是在反應(yīng)釜中，在催化劑作用下，于高溫高壓條件下用氧氣或空氣直接將污水中的有機(jī)物氧化成CO2、H2O等無害物，以達(dá)到凈化的目的。至今有多種過度金屬氧化物被認(rèn)為對(duì)濕式氧化有催化活性，中國大連化學(xué)物理研究所（水處理技術(shù)23(1997,2)83-87）提到的貴金屬系列催化劑的活性高、壽命長，但價(jià)格昂貴，使其應(yīng)用受到極大的限制。光催化氧化法是光催化過程采用半導(dǎo)體材料為催化劑，在可見或紫外光作用下，有一部分近紫外光（290-400nm）極易被有機(jī)污染物吸收，在有活性物質(zhì)存在時(shí)發(fā)生強(qiáng)烈的光化學(xué)反應(yīng)，使有機(jī)物發(fā)生降解。半導(dǎo)體光催化劑主要有TiO2、ZnO、WO3等物質(zhì)，其中以TiO2光催化劑的研究最為活躍（應(yīng)用化學(xué)18（2001（11））912-914）。光催化氧化技術(shù)對(duì)染料廢水、農(nóng)藥廢水、酚類物質(zhì)及制藥廢水都有較好的處理效果，但此工藝要實(shí)現(xiàn)工業(yè)化還需要在提高催化劑的活性、解決催化劑的分離、開發(fā)高效光反應(yīng)等方面取得突破性成果。 技術(shù)內(nèi)容： 主要解決的技術(shù)問題是：提出一種處理焦化廢水用催化劑的制備方法，應(yīng)用該催化劑與H2O2共同作用催化氧化處理焦化廢水。 這種活性炭載氧化銅催化劑，其組分和含量為：氧化銅重量百分比含量為1.0-5.0%，活性炭重量百分比含量為95.0-99.0%。 技術(shù)特點(diǎn)： 活性炭載氧化銅催化劑的制備是以硝酸銅為原料，以活性炭為載體，將氧化銅載到活性炭上，催化劑制備方法簡便、價(jià)格低廉、穩(wěn)定性好、催化活性高。用該催化劑催化氧化處理焦化廢水，可在35-40°C條件下直接進(jìn)行，易于操作，反應(yīng)條件溫和，COD去除率高。

其他成果/n一種復(fù)合金屬催化劑的制備方法，包括以下步驟：在反應(yīng)器中加入氯化銅、三氧化二鉍和蒸餾水后攪拌，得到預(yù)混液；向所述預(yù)混液中加入油胺、正己烷和苯酚，然后在攪拌作用下，升溫至40～50℃后保溫反應(yīng)2～3h，再冷卻至室溫，得到生成有固體物質(zhì)的反應(yīng)液；分離出所述反應(yīng)液中的固體物質(zhì)后進(jìn)行洗滌，得到固體混合物；將所述固體混合物與硫酸鈉混合并研磨，然后在350～400℃溫度下煅燒2～3h后冷卻，再對(duì)煅燒產(chǎn)物進(jìn)行洗滌和干燥處理，得到復(fù)合金屬催化劑。本發(fā)明通過化學(xué)反應(yīng)將納米銅與三氧化二鉍進(jìn)行復(fù)合，得到的復(fù)合材

本實(shí)用新型涉及一種低溫等離子體改性催化劑裝置，所述裝置包括石英管、高壓電極和接地電極，高壓電極通過聚四氟乙烯套與石英管相連，接地電極包裹在石英管外表面，與地線相接，所述高壓電極是一根放置在石英管軸線的不銹鋼棒，其與高頻交流電源相連；石英管的放電區(qū)域填充有催化劑。將催化劑裝填在低溫等離子體改性催化劑裝置中進(jìn)行改性具有操作簡便，流程短，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，穩(wěn)定性好，清潔無污染等優(yōu)點(diǎn)，是一種用時(shí)短，溫度低，能耗小的工藝；在本實(shí)用新型裝置中改性后的催化劑的催化活性較好，改性后的催化劑有較高的甲硫醚催化氧化活性，360℃催化氧化效率最高可達(dá)90％以上；本實(shí)用新型方便實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用，具有較高的工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。

利用低溫等離子體 - 催化協(xié)同技術(shù)降解空氣中有機(jī)污染物的多相催化成為了一種較理想的環(huán)境治理新技術(shù)，該技術(shù)將低溫等離子體技術(shù)和催化凈化技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來，充分發(fā)揮二者之間的協(xié)同作 用，同時(shí)克服了兩者各自的缺陷，因此具有良好的發(fā)展空間。項(xiàng)目主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)為采用催化技術(shù)與等離 子體技術(shù)協(xié)同去除廢氣開展研究工作，可在提高污染物去除率的前提下同時(shí)降低能耗，如在外加電壓20kV，外加頻率300Hz 的條件下，甲苯降解率可達(dá)到 85%；當(dāng)在等離子體場中添加催化材料后，在同樣條件下甲苯的降解率可達(dá)到 95% 以上；此外反應(yīng)副產(chǎn)物臭氧、氮氧化物等濃度顯著降低，為該項(xiàng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。已在北京小武基垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站進(jìn)行了中試試驗(yàn)，結(jié)果表明，該技術(shù)可成 功用于惡臭氣體的處理，對(duì)于H2S、NH3 和臭氣濃度的去除效果可分別達(dá)到 75%、86% 和 93%，取得了良好的環(huán)境效益和社會(huì)效益。

室內(nèi)空氣污染來源復(fù)雜，呈現(xiàn)低濃度、難降解、長期存在的特點(diǎn)，而采用傳統(tǒng)技術(shù)難以達(dá)到長久  抑制環(huán)境毒素的目的。本項(xiàng)目開發(fā)出高效的納米光催化材料，旨在利用光催化技術(shù)將光能轉(zhuǎn)化成化學(xué)  能，將各類有機(jī)毒素、病毒分解、礦化，轉(zhuǎn)化為無毒的無機(jī)物，達(dá)到環(huán)境凈化的目的。光催化效率較  目前商業(yè)化光催化劑提高1-2 個(gè)數(shù)量級(jí)，具有高催化效率、長壽命的優(yōu)點(diǎn)。獲 2 項(xiàng)中國發(fā)明專利（公開），發(fā)表論文 8 篇。

生物質(zhì)微波催化裂解制備富含丙酮醇生物油的方法，其特征是以碳酸鈉為催化劑， 以碳化硅為微波吸收介質(zhì)，以微波源為加熱源進(jìn)行生物質(zhì)裂解，采用冰水混和物冷卻揮發(fā)分 獲得富含丙酮醇的生物油。本發(fā)明利用微波在生物質(zhì)粒子中形成的獨(dú)特溫度效應(yīng)，以及碳酸 鈉在微波場中對(duì)生物質(zhì)裂解的獨(dú)特催化效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了丙酮醇的高選擇性生成；通過本方法所 獲得的丙酮醇在液體產(chǎn)物中的含量可達(dá)到 30-55％，大大提高對(duì)于丙酮醇的利用價(jià)值；本發(fā) 明方法所使用的原料和催化劑廉價(jià)易得，反應(yīng)時(shí)間大大縮短。 

設(shè)計(jì)合成了C/ a-MoC /Ag三組元復(fù)合電催化劑，巧妙利用高度石墨化多孔碳矩陣的高導(dǎo)電性、a-MoC的穩(wěn)定性、Ag納米團(tuán)簇的單分散性和優(yōu)越氧吸附特點(diǎn)，C、a-MoC和Ag之間相互作用產(chǎn)生有效協(xié)同效應(yīng)，使得C/ a-MoC/Ag復(fù)合催化劑具有可以與貴金屬鉑媲美的電化學(xué)氧還原性能。通過旋轉(zhuǎn)圓盤電極測試了C/ a-MoC/Ag新型復(fù)合催化劑在堿性條件下的氧還原電催化性能（如圖1），C/α-MoC/Ag的半波電勢遷移到電勢更正的位置（?0.145 V ），這表明氧分子還原性能由于C/α-MoC和Ag之間的協(xié)同作用得到了很大的提升。盡管Pt/C電極產(chǎn)生了更正的半波電勢（-0.125V），但是C/α-MoC/Ag復(fù)合催化劑在-0.8V的質(zhì)量傳遞限制電流密度相比Pt/C來說增長的斜率更大。更重要的是Ag在C/MoC/Ag中的含量僅為百分之6.7，相對(duì)于20%Pt/C來說極具有商業(yè)應(yīng)用價(jià)值。為了進(jìn)一步闡明C/α-MoC/Ag的協(xié)同效應(yīng)，他們利用DFT理論研究了氧氣分子在a-MoC(001)負(fù)載Ag納米顆粒的吸附行為（圖2），結(jié)果表明，相對(duì)于純的a-MoC(001)面比較來說，少量Ag負(fù)載后，整個(gè)基地表面上氧氣分子的活化能均大大降低(>0.28eV)，充分說明了復(fù)合催化劑C/α-MoC/Ag三成分之間的有效協(xié)同效應(yīng)。此研究為設(shè)計(jì)新一代價(jià)廉高效空氣電池用電催化材料提供了新思路。

通過將酞菁銅（CuPc）分子與碳納米管復(fù)合，得到了高效的二氧化碳電催化劑。它可以在較低過電位下將二氧化碳高選擇性地還原為甲烷，其法拉第效率達(dá)到66%（圖3），是目前產(chǎn)甲烷的活性最高的電催化材料。不同于該課題組此前報(bào)道的單分散的CoPc/CNT催化劑（Nat. Commun. 2017,8,14675），CuPc分子晶體以堆積狀態(tài)分散于CNT之中（圖3b）。原位在線X射線吸收（XAS）研究發(fā)現(xiàn)，堆積狀態(tài)下的CuPc分子在催化工作電位下會(huì)自發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)槌叽鐬?nm左右的銅納米團(tuán)簇，是高催化活性位點(diǎn)；當(dāng)停止催化反應(yīng)后，銅納米團(tuán)簇又會(huì)可逆地回到CuPc分子結(jié)構(gòu)（圖3c-e）。不同于CuPc，另外兩種銅配合物HKUST-1和[Cu(cyclam)]Cl2在催化反應(yīng)電位下都不可逆地轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘巽~微米枝晶，因此催化活性和選擇性遠(yuǎn)低于CuPc/CNT