基于离子液体的贵金属纳米团簇合成及其电催化还原CO2研究

Reducing CO2 production and converting CO2 into useful materials seem to be necessary, indeed critical, for environmental protection and energy crisis. In recent years, CO2 conversion using electrochemical catalysis approaches has attracted great attention for its advantages. This project aims at the design and fabrication of novel noble metal nanoclusters based on ionic liquids (labeled as Mx(IL)y)as well as their application in the electrocatalytic reduction of carbon dioxide as catalyst. The Mx(IL)y nanoclusters could tune the catalytic performance in the electrocatalytic reduction of CO2 by combining discrete electronic states and unique geometric structures of noble metal nanoclusters with the advantages of ILs. This project focuses on the controllable syntheses, characterizations, and catalytic evaluation of noble metal nanoclusters. The novelty of this project lies in ILs creatively used instead of conventional protective agent as the ligand shell and Mx(IL)y nanoclusters as catalysts for the electroreduction of carbon dioxide, which provides for the theoretical basis for effectively developing novel noble metal nanoclusters synthesis and catalytic application in electrocatalytic reduction of carbon dioxide

研究CO2的资源化利用对解决能源危机与环境问题均具有十分重要的意义。电化学还原CO2法是洁净、环境友好型再生新能源方法，具有潜在的工业应用价值。本项目就基于离子液体的贵金属纳米团簇的合成及其在电催化还原CO2的应用展开研究，由离子液体型贵金属纳米团簇Mx(IL)y设计和构建入手，既结合贵金属纳米团簇特有的电子离散态及量子尺寸效应，又可以利用离子液体对纳米材料合成的调控作用及其固有的性能优点，调节并优化贵金属纳米团簇材料在电催化还原CO2反应的催化活性、选择性及稳定性。创新性在于以离子液体作为贵金属纳米团簇的配体外壳，并将纳米团簇应用到电催化还原CO2领域，为发展基于离子液体的新型贵金属纳米团簇的合成及其电催化还原CO2技术奠定理论基础。

研究CO2的资源化利用对解决能源危机与环境问题均具有十分重要的意义。本项目以离子液体作为贵金属纳米团簇的配体外壳，合成基于离子液体的新型贵金属纳米团簇，并将其应用到电催化还原CO2领域，为发展基于离子液体的新型催化剂合成及其电催化还原CO2技术奠定理论基础。.项目执行以来取得主要研究成果包括：（1）成功合成了离子液体型贵金属纳米团簇，并证明合成方法具有一定的普适性，为贵金属纳米团簇的合成调控提供了新的研究思路，拓展了离子液体在纳米材料领域的应用范围；（2）将基于离子液体的贵金属纳米团簇合成方法应用于合金纳米团簇和超细核壳结构纳米颗粒的合成，进一步拓宽了此方法的适用范围；（3）为了研究电子耦合效用和晶格应变效应对电催化作用的影响，探索催化机理，我们设计合成了具有三个原子层的超薄壳层的Au@Ni3Pd7纳米颗粒，并对其ORR性能的提高进行了详细的探索；（4）结合课题组的研究方向，设计合成了复合纳米材料Pt3Co-CoP2，解析材料各组分间的电子耦合效应，为优化设计纳米电催化剂建立了实验基础。