湖南大学王双印课题组：苯酚电催化加氢反应中氢利用途径的有效识别

中国科学：化学中国科学化学 2022-05-07

湖南大学王双印课题组邹雨芹副教授运用合金策略结合高有机底物吸附的碳载体进行苯酚电催化加氢反应，通过识别电解水产生吸附氢(H_ad)的利用途径，实现了其在电催化加氢反应中的高效利用。

近年来，电催化有机物加氢(ECH)作为一种绿色、温和的生物质化合物加氢新手段，其研究热度逐步升高。其中由质子电化学还原而来的氢原子(H_ad)与有机底物同时吸附在催化剂阴极表面上并发生ECH反应。以木质素为主的生物质模型化合物——酚类化合物通常需要贵金属催化剂对苯环进行深度加氢。然而这些贵金属具有较低的析氢过电位，在电催化加氢过程往往伴随激烈的HER竞争，导致电催化加氢效率较低。

最近，湖南大学王双印课题组邹雨芹副教授等人运用合金策略，结合具有高苯酚吸附能力的碳载体进行苯酚电催化加氢，通过利用途径的识别，实现了电解水产生的H_ad在ECH中的高效利用。

作者将PtRh合金纳米颗粒分散在高度有序的介孔碳球上，发现合金化增强了金属对苯酚的吸附度，且Rh对合金的调控降低了金属-H_ad的键合，使得ECH在欠电位析氢区域（H-UPD）即可产生较高的ECH性能，并避免了过高的HER副反应的发生。原位XAS、EIS表明，苯酚的加入在H-UPD区域提高了H_ad的生成；原位SFG光谱和DFT计算解释了苯酚中苯环作为官能团与催化剂形成键合，并通过多步中间体进行加氢反应。

电化学控制实验发现了区别于传统的两步加氢路线（苯酚–环己酮–环己醇），加氢产物环己酮和环己醇具有相对恒定的选择性。DFT计算证实了环己醇和环己酮分别通过加氢中间体*C₆H₁₀OH的加氢/脱氢生成，生成的环己酮再进一步加氢生成环己醇(见下图)。

综上所述，本文运用电化学方法分析了ECH的过程及机理，对有机物加氢反应具有一定的普适性。功能性载体搭配合金化策略为开发高效电催化剂进行生物质改性提供了新的思路。

论文第一作者为湖南大学周灵，通讯作者为邹雨芹副教授。详见：Zhou L, Zhu X, Su H, Lin H, Lyu Y, Zhao X, Chen C, Zhang N, Xie C, Li Y, Lu Y, Zheng J, Johannessen B, Jiang SP, Liu Q, Li Y, Zou Y, Wang S. Identification of the Hydrogen Utilization Pathway for the Electrocatalytic Hydrogenation of Phenol. Sci. China Chem., 2021, DOI:10.1007/s11426-021-1100-y

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通讯作者简介

邹雨芹 湖南大学副教授，国家优秀青年基金获得者、湖南省优秀青年基金获得者，岳麓学者，博士生导师。近年来围绕有机分子电催化转化开展了一系列研究，剖析了催化剂与有机分子间作用机制，探究了有机电催化反应路径，并在此基础上，设计一系列高效催化剂。以第一作者或通讯作者发表SCI论文47篇，包括Chem 1篇，Angew. Chem. Int. Ed. 5篇, Adv. Mater.4篇，Energy Environ. Sci. 1篇，Adv. Energy Mater. 1篇，Sci. China Chem. 4篇，ESI高被引论文15篇，封面论文3篇。

湖南大学王双印教授课题组招聘

课题组负责人简介：
王双印，国家杰出青年基金获得者、海外高层次人才特聘专家, 科睿唯安全球高被引科学家（化学）, 爱思唯尔中国高被引学者（化学）。现为湖南大学二级教授，博士生导师。2006年本科毕业于浙江大学化工系，2010年在新加坡南洋理工大学获得博士学位，随后在美国凯斯西储大学，德克萨斯大学奥斯汀分校、英国曼彻斯特大学（玛丽居里学者）开展研究工作。主要研究方向为电催化剂缺陷化学，有机电催化合成，燃料电池。以第一或通讯作者在国家科学评论，中国科学化学、材料，科学通报，J. Energy Chem., Nature Chem., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater., Chem等国际著名期刊发表SCI论文150余篇，总引用14500余次，H指数63，ESI高被引论文50篇，获教育部青年科学奖、湖南省自然科学奖一等奖（第一完成人）。代表作及相关详细情况可以参见课题组网站：www.cmeel.com

拟招聘研究方向
实验室目前主要研究集中在有机电催化、燃料电池、SPE、小分子耦合、光电催化等方向。根据研究需要，招聘具有有机合成、有机电合成、电化学原位谱学、计算化学、燃料电池、SPE、小分子耦合、光电催化等背景的博士后若干。课题组提供有竞争的薪酬和优异的实验平台，课题组现管理或者拥有各类大型制备和表征设备，如同步辐射、球差电镜、和频振动光谱、核磁等，与国内外多家机构建立了良好的合作关系，拥有充足的机时。同时拥有有机物检测设备HPLC、GC-MS、GC、智能型快速纯化系统等多种有机物分离检测设备，能充分满足对各种有机物的检测分析要求。同时鼓励申请人依托课题组申请“博士后创新人才支持计划”、“博士后国际交流计划”及各类研究基金。有意者请联系：yuqin_zou@hnu.edu.cn（邹雨芹副教授），shuangyinwang@hnu.edu.cn（王双印教授）

岗位待遇
1）全职博士后薪资待遇由基础待遇和课题组补贴构成，分为以下三类：
a）特别资助类：30万元/年+住房补贴2.16万/年+科研奖励。要求入选“博士后创新人才支持计划”或“博士后国际交流计划”(引进项目)，入选者资助期内享受上述待遇。详情可见：
http://postdoctor.hnu.edu.cn/info/1004/1368.htm
http://www.chinapostdoctor.org.c ...c-aa5d-109e34d338d0
b）重点资助类：20万元/年+住房补贴2.16万/年+科研奖励。要求至少符合以下条件之一：
① 博士毕业于ARWU世界大学学术排名前100的海外（境外）高校或国际知名科研机构、国内双一流高校或a-及以上学科；
② 在海外（境外）知名高校取得博士学位的非华裔人员；
③ 博士期间以第一作者或通讯作者发表本学科领域高水平研究论文（高被引或IF>10、SCI一区期刊）2篇，或取得相当水平学术成果。
c）一般资助类：15万元/年+住房补贴2.16万/年+科研奖励。要求满足应聘要求，通过博士后招收程序，完成岗位职责，工作表现突出。
2）全职博士后在站期间计算工作年限从进站之日起计算，博士后期间经评审后可认定为副研究员。在站期间成果丰富，入选湖南大学“杰出博士后奖”(每年评选一次)者，可直接申请副教授岗位。
3）根据博士本人意愿，支持博后依托本课题组去世界一流课题组进行联合培养。
4）课题组协助申请博士后科学基金、国家自然科学基金及省市各级课题。
5）全职博士后在站期间，学校提供博士后公寓或租房补贴，其子女享受我校教职工子女入托、入学待遇。
6）博士后出站后，业绩优秀者可以续聘，特别优秀者可以直接评选湖大杰出博士后留校，或根据工作意愿推荐到其他单位。博士后在长沙落户或购房也享有相关人才政策支持。