深圳大学何传新教授团队采用有机掺杂策略，在Pt纳米微晶表面修饰大量分子，显著改变了金属Pt的催化性质——在通常以电催化氢析出为主的水溶液体系中，成功转化为二氧化碳的电还原性能。所制备的PtNPs@Th催化剂在酸性条件下能够高效地将CO2电还原为CH4，同时展现出超过100小时的稳定性。该成果以“Molecular modification enables CO2 electroreduction to methane on platinum surface in acidic media”（分子修饰的铂催化剂在酸性介质中将CO2电还原为CH4）为题，发表在《国家科学评论》，深圳大学杨恒攀特聘研究员和蔡慧珠博士后为共同第一作者，何传新教授为通讯作者。
为了解决上述问题，研究团队构建了分子掺杂金属复合材料，以确保修饰分子在界面处的稳定存在。这种独特的结构能够调节金属界面的特性，同时增强反应物与活性位点之间的接触，有效控制关键中间体的吸附强度，从而影响催化性能。
通过结合原位表征技术以及密度泛函理论的计算分析，团队深入探讨了电极表面PtNPs@Th结构微环境对反应活性的具体影响。研究结果表明，包覆有机分子的Pt纳米颗粒不仅在宽电势范围内增强了CO物种的吸附强度，还有效抑制了析氢反应的发生。Pt的存在有助于稳定质子吸附，确保Th分子附近有足够的局部质子，从而协同催化CO加氢生成甲烷（CH4）
图1. CO2RR过程的DFT计算。（a–c）PtNPs@Th的差分电荷分布。（d）CO2RR部分路径吉布斯自由能。（e）H2O解离能垒。（f）析氢过程吉布斯自由能。（g）PtNPs@Th上CO2电化学还原为CH4的简化示意图。
这项研究强调了界面改性及微环境调控在复合材料制备中的关键作用，为开发高性能酸性介质电催化剂提供了新的有效策略。
Yang et al. Molecular modification enables CO2 electroreduction to methane on platinum surface in acidic media.
National Science Review, 2024, 11: nwae361