探究动态电子!他,师从杨培东院士,最新JACS!

电子结构是理解原子分散过渡金属氮碳催化剂(ADTCs)催化性能和反应机理的核心。

然而,在现实的电催化条件下,由于金属中心与微环境的复杂相互作用而产生的动态电子扰动通常被忽略,这使得真正的结构-性质相关性变得高度模糊。
2025年4月1日,台湾大学陈浩铭在国际知名期刊Journal of the American Chemical Society上发表了题为《Adapting Atomic Configuration Steers Dynamic Half-Occupied State for Efficient CO2 Electroreduction to CO》的研究论文,Jiali Wang、Huiying Tan为论文共同第一作者,论文通讯作者。陈浩铭为
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陈浩铭教授,2008年获得台湾大学化学系博士学位,2009年至2013年先后于台大化学系、物理系以及美国加州大学伯克利分校杨培东教授课题组进行博士后研究,2013年至今任职于台湾大学。
主要从事新能源材料的研究,已发表超过150篇SCI论文,被引用次数超过19000次,H因子65,其中包括Science, Nat. Energy, Nat. Comm., Adv. Mater., Joule, J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem., Energy Environ. Sci.,等高水平杂志。
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在本文中,作者采用时间分辨X射线吸收光谱法,深入研究了一类过渡金属中心在CO2电还原反应过程中适应性变化的金属-配体构型的动态电子行为。确定了工作条件下动态电子/几何构型和d轨道占据,揭示了一个前所未有的精确活性描述符,即CO2到CO转换的动态轴向dz2电子。
直接结果验证了半占据态表明与中间体的最佳结合行为,显著促进了CO的生成,与完全占据和未占据态相比,其动力学增强了一个到两个数量级。
该研究首次实证演示了动态电子/几何构型与ADTCs催化动力学之间的真实相关性,为调节催化剂和设计高效反应途径开辟了新路径
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图1:结构表征
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图2:CO2还原反应中的动态结构演变
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图3:CO2还原反应的动力学分析
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图4:CO2还原反应中的动态电子行为
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图5:动态d轨道电子与CO动力学的相关性
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图6:CO2还原反应中的动态轨道理解
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图7:CO2还原反应的活性描述符
综上,作者通过原位时间分辨X射线吸收光谱技术,深入研究了原子分散过渡金属-氮-碳催化剂(ADTCs)在CO2RR中的动态电子行为,揭示了金属中心在反应过程中适应性变化的电子/几何构型及其对催化性能的影响。
首次实证展示了ADTCs中动态电子/几何构型与催化动力学之间的真正相关性,为理解电催化反应机制和设计高效催化剂提供了新的理论依据。
该发现为设计和优化用于电化学反应的催化剂开辟了新途径,特别是在CO2还原、氧气还原等能源相关反应中具有广阔的应用前景,有助于推动可持续能源技术的发展。
Adapting Atomic Configuration Steers Dynamic Half-Occupied State for Efficient CO2 Electroreduction to CO, J. Am. Chem. Soc. (2025), 

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