中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所催化基礎(chǔ)國家重點實驗室鄧德會研究員、包信和院士團隊在鎧甲催化方面的研究工作受到了國際同行的廣泛關(guān)注，近期受邀在Advanced Materials上發(fā)表題為“Robust Catalysis on 2D Materials Encapsulating Metals: Concept, Application, and Perspective”（DOI: 10.1002/adma.201606967）的綜述文章。
采用廉價和儲量豐富的非貴金屬替代稀有的貴金屬作為催化劑，實現(xiàn)重要能源和化工過程的高效轉(zhuǎn)化是當今催化科學(xué)和化學(xué)化工研究的熱點。然而在一些苛刻的反應(yīng)條件下，非貴金屬的穩(wěn)定性是一個亟待解決的問題。大連化物所鄧德會和包信和帶領(lǐng)的研究團隊在長期深入研究納米催化的基礎(chǔ)上，通過創(chuàng)新納米催化劑的制備策略和合成方法，成功實現(xiàn)了石墨烯對3d過渡金屬納米粒子的包裹和封裝。實驗研究和理論模擬表明，在催化反應(yīng)過程中，活性金屬納米粒子催化劑在納米碳空腔中的封裝阻斷了其與苛刻反應(yīng)環(huán)境（如強酸、強堿等強腐蝕性環(huán)境）的直接接觸，有效地延緩和阻止了催化劑的失活，同時，被包裹的納米金屬的活性價電子通過與類石墨烯碳層的相互作用“穿透（penetration）”到石墨烯外表面，實現(xiàn)了高效催化反應(yīng)。相關(guān)原理得到了國際同行的認可，并被形象地描述成為催化劑“穿鎧甲”（chainmail for catalyst）（Angew. Chem. Int. Ed.2013, 52, 371; Nat. Nanotechnol.2016,11,218）。
大連化物所在Advanced Materials上發(fā)表“鎧甲”催化工作進展報告
近年來，“鎧甲”催化的概念得到了迅速拓展，圍繞這一概念國內(nèi)外眾多課題組相繼在電催化、光催化、傳統(tǒng)多相催化等體系進行研究。作為這一概念的首創(chuàng)團隊，鄧德會和包信和帶領(lǐng)的研究團隊進行了系統(tǒng)深入的研究，相關(guān)研究一直處在引領(lǐng)地位。在燃料電池陰極氧還原反應(yīng)（J. Mater. Chem. A2013, 1, 14868），電解水析氫（Energy Environ. Sci.2014, 7, 1919; Angew. Chem. Int. Ed.2015, 54, 2100）、析氧反應(yīng)（Energy Environ. Sci.2016, 9, 123），染料敏化太陽能電池（Angew. Chem. Int. Ed.2014, 53, 7023），鋰—氧電池（Nano Energy2016, 30, 877），合成氣轉(zhuǎn)化反應(yīng)（Chin. J. Catal.2015,36, 1631）等能源小分子轉(zhuǎn)化利用領(lǐng)域取得系列重要進展。另外，利用光電發(fā)射電子顯微鏡（PEEM）和Soft X-ray等成像技術(shù)直接觀察到活性金屬對碳層表面電子結(jié)構(gòu)的調(diào)變，并結(jié)合理論計算闡明了金屬-碳相互作用的本質(zhì)(Chem. Sci.2015, 6, 3262)，加深了對“鎧甲”催化概念的理解和認識。
以上研究得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金委、中科院納米先導(dǎo)專項、中科院前沿科學(xué)重點研究項目和教育部能源材料化學(xué)協(xié)同創(chuàng)新中心（2011 iChEM）等的資助。
