华南师范大学刘兆清教授应邀来我校做学术报告

2025年3月24日下午，应董林教授的邀请，华南师范大学刘兆清教授于环境学院B536会议室，作了题为“合金材料电催化CO₂还原”的学术报告。

刘兆清，广州大学化学化工学院副院长，博士生导师，珠江三角洲水质安全与保护教育部重点实验室副主任，黄埔氢能创新中心常务副主任，清洁能源材料研究所所长，广州大学第五届学术委员会委员，广州大学“广州学者”A类特聘教授，化学与化学工程学院研究员。主要从事清洁能源材料 (尖晶石、碳纳米管等) 的设计制备及其在能源、催化、环境等领域的应用研究。

刘兆清教授在报告中指出，开发可持续的技术以减少大气中CO₂的浓度并将其转化为有价值的化学品，已成为研究的热点领域。电催化CO₂还原反应 (CO₂RR) 制甲酸盐 (HCOO-) 具有生产成本低和易存储的优势，并且甲酸在化学合成和储氢载体等方面具有很大的市场应用前景。因此，由可再生电力驱动CO₂RR制HCOO-是实现“碳中和”的可行策略。然而，CO₂具有热力学上的稳定性，以及在电还原过程中多电子转移的复杂性，需要与析氢反应 (HER) 竞争等因素，CO₂RR的转化效率比较低，表现为反应动力学迟缓、活化过电位较高以及生成产物选择性不足。针对上述问题，刘兆清教授团队设计并制备了具有In-Zn双金属界面的催化剂。调控In/Zn比利用协同效应构建了具有丰富In-Zn界面的复合材料，In和Zn轨道间相互作用促进了电子迁移，实现了82.7%的HCOO-转化法拉第效率。原位测试结果表明，暴露的双金属界面促进高效捕获和活化CO₂分子；理论计算证实，In-Zn催化剂能够降低CO₂分子在催化剂表面的吸附能垒和HCOO-生成过程中的关键中间体*OCHO的结合能，从而从根本上提高了CO₂转化为HCOO-的选择性和催化活性。同时在刘兆青教授的工作中，还曾引入同时具有约束效应和Ce⁴⁺/Ce³⁺电对的CeO₂纳米管，提出CeO₂稳定Zn^δ+物种的策略。Zn^δ+/ZnO/CeO₂催化剂的空心核壳结构能够极大地暴露电化学活性区，同时保持Zn^δ+位点的长期稳定性。

在交流环节，董林教授也介绍了“大气污染控制环境催化创制中稀土铈（Ce）的作用初探”这项工作，结合科顿能级图，特别指出了，氧化铈具有Ce⁴⁺和Ce³⁺之间可以实现“低能垒”的可逆变换是源自于Ce原子价电子轨道的本征结构，即：4f¹5d¹价电子结构中4f和5d轨道重合，使得其氧化物中Ce元素的+3和+4价间电子得失的可逆成为可能，从而使得CeO₂具有良好的氧化还原能力和储/释氧能力。现代工程学院的闫世成老师也针对CeO₂的这一特性，从物理学的角度，提出未来可能研究的方向。本次研讨会内容丰富、深入浅出，不仅拓宽了大家的视野，丰富了专业知识储备，而且提供了更多的科研思路。最终，报告在热烈的掌声中圆满落幕。