科研进展

2025-12-11

包信和、汪国雄、魏鹏飞团队Nat. Synth.—通过原位构建铜-氢化钯界面实现高效电化学合成氨

氨在农业生产和下一代无碳能源体系中发挥着重要作用。可再生能源驱动的电催化还原硝酸盐（NO3–）合成氨（NH3），是实现氨生产脱碳和氮资源循环利用的有效途径。然而，缓慢的反应动力学与竞争性的析氢反应是电化学合成氨面临的主要挑战，研制高性能催化剂和电解器件是提升电化学合成氨性能和推动其实际应用的关键。近日，包信和院士、汪国雄教授和魏鹏飞副研究员团队在电化学合成氨研究中取得新进展。研究团队通过电化学原位重构策略，构建了高效电化学还原硝酸盐合成氨Cu–PdHx界面活性位点，实现了膜电极电解器件中1000 h工业级电流密度制氨，并成功开展了合成氨电堆放大示范。研究团队报道了一种高性能的CuPd催化剂，其在电化学反应条件下，原位演变为具有高本征活性的Cu–PdHx界面位点。将该催化剂组装到碱性膜电解器中，实现了NH3的高效合成。在总电流密度5 A cm–2时，全电池电压为2.56 V, NH3产率达到19.9 mmol h–1cm−2。在2 A cm–2电流密度下稳定运行1000小时, 氨法拉第效率维持在约86.8%。电解器件工况原位谱学表征结合密度泛函理论计算结果表明，双相界面的构建和PdHx相

2025-12-09

复旦大学原创醇酯体系储氢技术获评国际领先，为氢能产业提供中国方案

氢能作为构建清洁低碳、安全高效现代能源体系的关键载体，其规模化应用对于应对可再生能源电力大幅增长，优化国家氢能未来产业布局具有重要战略意义。然而，当前氢能发展仍受制于制备和储运成本高昂、基础设施薄弱及大量工业副产氢难以高效利用等瓶颈问题。复旦大学朱义峰青年研究员/包信和院士团队开发了基于1,4-丁二醇（BDO）/γ-丁内酯（GBL）循环体系的氢能关键技术，并在液流储氢与粗氢分离领域取得重要突破。一是首创新型醇酯储氢体系。团队率先构建基于BDO-GBL的可逆储氢新体系，开发出系列高性能金属铜基催化剂，实现了在160-170oC同一温和温度窗口内的高效加氢与脱氢循环，突破了液态有机储氢技术长期存在的贵金属依赖与循环温度高的关键瓶颈。二是首创了液流储氢新概念和新工艺。通过对系统的智能调控，实现了单一装置中储氢与释氢模式的灵活切换，将波动的可再生能源制氢转化为稳定、高纯度氢气的连续输出，为绿电的规模化存储提供了高效的“系统缓冲器”。三是实现了工业副产氢一步分离与储存。研制出高浓度杂质（CO、CO2等）耐受的“反相”铜基催化剂，可直接处理复杂工业副产氢，将粗氢中的H2高效高选择性地储存到BDO分

2025-10-21

李巧伟课题组Nat. Chem.:无限连接的有机单元实现孔分区金属有机框架

金属有机框架（MOF）的合成主要以金属离子与有机小分子作为构筑单元，所得框架中无论是无机组分还是有机组分通常展现出整体无延伸性的离散型分布特征。制备拥有连续纯有机或纯无机子网格结构的MOF框架，是合成化学领域面临的一项极具难度的挑战。尽管无机子网格（例如一维及二维无限的金属氧、卤化物及磷酸盐结构等）已被作为具有无限连接性的单元来构筑MOF，但是以具备无限连接性的有机结构为构筑单元，与无机次级构造单元（SBU）协同构建MOF晶体的研究，目前尚未见报道。究其原因，在于聚合物一维有机链或二维有机层存在结构无序性，这使得它们很难成为网格材料中结构明确的构筑单元。近20年来迅速发展的共价有机框架（COF）实现了有机单元的无限且精准的排列。因此从理论上讲，将COF作为子网格引入MOF材料的设想是完全可行的。将上述想法实现，我们需要直面此类框架合成的多重挑战：COF本身无法溶解，且通常缺乏能与金属离子发生配位作用的结合基团。一锅法直接合成虽能规避溶解性问题，但仍需精心设计具有高度空间匹配性与化学反应一对一选择性的多种合成子。此外，只有对共价键合（linkage）与配位键合进行精细调控，确保多个键合反

2025-07-11

朱义峰、包信和团队Nature Energy：精准调控催化性能和反应流程，实现粗氢分离与储存一体化

图1.精准调控催化性能和反应流程，实现粗氢分离与储存一体化氢能是未来能源转型的关键。目前，全球年产9500多万吨氢气，其中95%以上仍然来自煤炭、天然气和生物质等碳基资源的重整转化，中国年产氢气3300万吨以上。此外，全球钢铁、化工等行业副产氢约990万吨，中国占约460万吨。根据来源不同，这些工业副产氢往往伴生大量CO和CO2等杂质。由于现有分离与储运技术的限制，大量宝贵的副产氢被作为燃料，未能得到高效的资源化利用。因此，基于工业副产氢的优化利用，发展高效、低成本的氢气分离、纯化与储运技术对于我国基于“低碳绿色”的工业流程重构具有重要的战略意义和广阔的应用前景。近年来，朱义峰和包信和团队通过发展微毫秒分辨XAS-IR联用谱学、吸附/反应-微量热方法及瞬变动力学分析，实现了对表界面活性结构和反应物种的灵敏动态表征（Sci. China Chem2024, 67, 1545; Sci. China Chem. 2025, 68, 2892）；结合瞬变动力学-红外和瞬变动力学-质谱分析，揭示了催化剂上H2解离活化物种的动态演变，阐明了不同氧化物结构与H2/COx选择解离能力的调控规律（Na

包信和、汪国雄、魏鹏飞团队Nat. Synth.—通过原位构建铜-氢化钯界面实现高效电化学合成氨

复旦大学原创醇酯体系储氢技术获评国际领先，为氢能产业提供中国方案

李巧伟课题组Nat. Chem.:无限连接的有机单元实现孔分区金属有机框架

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