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大连化学物理研究所概况
中国科学院大连化学物理研究所（以下简称“大连化物所”）创建于1949年3月，当时定名为“大连大学科学研究所”，1961年底更名为“中国科学院化学物理研究所”，1970年正式定名为“中国科学院大连化学物理研究所”。
大连化物所是一个基础研究与应用研究并重、应用研究和技术转化相结合，以任务带学科为主要特色的综合性研究所。六十多年来，大连化物所通过不断积累和调整，逐步形成了自己的科研特色。1998年，大连化物所成为中国科学院知识创新工程首批试点单位之一。2007年经国家批准筹建洁净能源国家实验室。2010年8月，大连化物所在“创新2020”发展战略研讨会中将所发展战略修订为“发挥学科综合优势，加强技术集成创新，以可持续发展的能源研究为主导，坚持资源环境优化、生物技术和先进材料创新协调发展，在国民经济和国家安全中发挥不可替代的作用，创建世界一流研究所。”
大连化物所重点学科领域为：催化化学、工程化学、化学激光和分子反应动力学以及近代分析化学和生物技术。
大连化物所围绕国家能源发展战略，于2011年10月启动了洁净能源国家实验室（DNL）的筹建工作，DNL是我国能源领域筹建的第一个国家实验室，共规划筹建化石能源与应用催化、低碳催化与工程、节能与环境、燃料电池、储能、氢能与先进材料、生物能源、太阳能、海洋能、能源基础和战略、能源研究技术平台等11个研究部。大连化物所还拥有催化基础国家重点实验室和分子反应动力学国家重点实验室两个国家重点实验室，以及甲醇制烯烃国家工程实验室、国家催化工程技术研究中心、膜技术国家工程研究中心、燃料电池及氢源技术国家工程中心、国家能源低碳催化与工程研发中心等多个国家级科技创新平台。大连化物所围绕国防安全、分析化学、精细化工和生物技术广泛开展基础性、战略性、前瞻性研究工作，设立化学激光研究室、航天催化与新材料研究室、仪器分析化学研究室、精细化工研究室和生物技术研究部等五个研究室。另外，大连化物所还与国外著名大学、公司和研究机构联合设立了中法催化联合实验室、中法可持续能源联合实验室、中德催化纳米技术伙伴小组、中韩燃料电池联合实验室、DICP-BP能源创新实验室和SABIC-DICP先进化学品生产研究中心等十几个国际合作研究机构。
2012年以来，大连化物所按照中科院的统一部署，经过反复研讨和凝练，确定和完善了研究所“十二五”期间的“一三五”规划，即，一个定位：“以洁净能源国家实验室为平台，坚持基础研究与应用研究并重，在化石资源优化利用、化学能高效转化、可再生能源等洁净能源领域，持续提供重大创新性理论和技术成果，满足国家战略需求，发挥不可替代的作用，建设世界一流研究所。”；四个重大突破：“煤代油新技术、WQZB用化学能高效转化关键技术、洁净能源相关的基元及催化反应中的重大科学问题、液流储能关键材料与新技术”；七个重点培育方向：“烃类清洁转化及高值化利用关键技术、化工过程节能减排关键技术、燃料电池及氢能关键材料及技术、生物质能高效转化利用技术、太阳能光-化学转化科学与技术、生物分析与生物转化技术、环境监测技术及设备”。
自建所以来，大连化物所造就了若干享誉国内外的科学家及一大批高素质研究和技术人才，先后有18位科学家当选为中国科学院和中国工程院院士，3位当选为发展中国家科学院院士，1位当选为欧洲人文和自然科学院院士。截至2015年底，在所工作的国家杰出青年基金获得者21人，引进国家“千人计划”6人，国家“青年千人计划”11人，中国科学院“百人计划”41人。大连化物所是国务院学位委员会授权培养博士、硕士学位的单位，具有物理学、化学、材料科学与工程、化学工程与技术、环境科学与工程五个一级学科博士学位授予权，具有博士生导师、硕士生导师资格审批权，截止2015年底，共有博士生导师120人，硕士生导师196人，在读研究生835人，其中博士544人，硕士291人，已培养研究生2349名，其中博士1533名，硕士816名。设博士后流动站，在站博士后135人。
“十二五”期间，大连化物所取得各类科研成果215项，以第一完成单位获得省部级以上奖励50余项，其中获得国家奖励8项，中科院、省部级一等奖10项。2013年，张存浩院士获得国家最高科学技术奖；2014年，“甲醇制取低碳烯烃技术”获得国家技术发明一等奖。
“十二五”期间，大连化物所第一产权发表SCI论文总数2687篇。其中，影响因子大于5的947篇,196篇学术论文发表在Science、Nature、Angew. Chem.、JACS等学术刊物以及相关学科顶级刊物上（IF>9）。出版科技专著6部。
“十二五”期间，大连化物所累计申请专利4002件，其中发明专利3725件，累计专利授权1278件，其中发明专利授权1136件；累计申请国外专利347多件，获得国外专利授权92多件。
大连化物所主持出版国内催化领域和色谱领域核心期刊《色谱》和《催化学报》以及英文学术期刊Journal of Energy Chemistry（能源化学）。其中《催化学报》和Journal of Energy Chemistry（能源化学）被SCI-E收录。
据2015年10月研究所官网显示，中国科学院大连化学物理研究所与世界著名的科研机构或公司开展平等互惠的实质性合作。法国科学研究中心、德国马普协会、英国石油公司和韩国三星公司相继在中国科学院大连化学物理研究所建立了中法催化联合实验室、中德催化纳米技术伙伴小组、BP中国研究中心和中韩燃料电池联合实验室，此外，还与德国BASF公司、德国BAYER公司、美国Eli Lilly公司、美国通用汽车公司等世界五百强企业建立了战略伙伴关系。
历史沿革
● 大连化物所的前身是日本侵华期间于1907年建立的“南满洲铁道株式会社中央试验所”。
● 1945年抗战胜利后，由中长铁路局接管，改名为“中长铁路大连科学研究所”。
● 1949年3月移交给大连大学，名为“大连大学科学研究所”。
● 1950年9月改属东北人民政府工业部，名为“东北科学研究所大连分所”。
● 1952年归属中国科学院，名为“中国科学院工业化学研究所”。
● 1954年6月，改名为“中国科学院石油研究所”。
● 自1949年建所起，大连化物所曾先后分出了三个研究所，即1958年分建的中国科学院石油研究所兰州分所（现名中国科学院兰州化学物理研究所）；1961年在太原建立中国科学院煤炭化学研究所；1971年在湖北襄樊组建七机部42所（后改名航天科技集团42所，现名襄樊航天化学动力总公司）。
● 1961年12月，又改名为“中国科学院化学物理研究所”。
● 1968年1月划归国防科委第16研究院，名为国防科委1616所。
● 1970年回归中国科学院，名为“中国科学院大连化学物理研究所”。
拥有设备设施
设备名称 | 设备放置地点 |
紫外-可见分光光谱仪V-550 | 重点实验室 |
紫外-可见分光光谱仪 UV-2450 | 重点实验室 |
物理吸附仪 中孔 （Micro） | 重点实验室 |
物理吸附仪 微孔 （康塔A） | 重点实验室 |
物理吸附仪 微孔 （康塔B） | 重点实验室 |
物理吸附仪 中孔 （NOVA） | 重点实验室 |
综合热分析仪 TG-DTA+MS （热质联用） | 重点实验室 |
原子力显微镜 AFM STM | 重点实验室 |
电感耦合等离子体光谱 ICP | 重点实验室 |
化学吸附仪（与质谱联用） | 重点实验室 |
扫描电镜 | 研究组 |
透射电镜 | 研究组 |
高分辨透射电镜 | 研究组 |
X射线粉末衍射仪 Miniflex | 研究组 |
X射线光电子能谱仪-VG | 研究组 |
电子顺磁共振仪 | 研究组 |
X射线粉末衍射仪 2500 | 研究组 |
X射线光电子能谱仪-岛津 | 研究组 |
中孔物理吸附仪 | 集中 |
化学吸附仪（TPD/TPR/TPO/PCA） | 集中 |
微孔物理吸附仪 | 集中 |
同步式热分析仪TG/DSC | 集中 |
吡啶吸附/原位反应红外光谱表征系统 | 集中 |
色谱质谱联用仪（GCMS） | 集中 |
傅立叶变换红外光谱仪 | 集中 |
X荧光光谱仪（XRF） | 集中 |
X射线粉末衍射仪（XRD） | 集中 |
物理吸附仪 | 研究组 |
化学吸附仪 | 研究组 |
微量吸附量热仪 | 研究组 |
傅里叶变换红外光谱仪 | 研究组 |
X射线衍射光谱仪 | 研究组 |
TG-DSC-DTA | 研究组 |
紫外/可见分光光度计 | 研究组 |
高效液相色谱仪 | 研究组 |
高效液相色谱仪 | 研究组 |
高分辨核磁共振波谱仪 | 研究组 |
固体核磁共振波谱仪 | 研究组 |
雷尼绍显微共焦拉曼光谱仪 | 研究组 |
X射线衍射仪 | 研究组 |
500M核磁共振谱仪 | 研究组 |
气相色谱/质谱联用仪 | 研究组 |
傅立叶变换红外光谱仪 | 研究组 |
气相色谱/质谱联用仪 | 研究组 |
气相色谱仪 | 研究组 |
气相色谱仪 | 研究组 |
气相色谱/质谱联用仪 | 研究组 |
液相色谱仪 | 研究组 |
紫外可见分光光度计 | 研究组 |
原子吸收分光光度计 | 研究组 |
气相色谱/质谱联用仪 | 研究组 |
科研成就
1956－2014年大连化物所取得科研成果800多项，曾先后获得省部级以上奖励240多项，其中获得国家奖励90项，中科院、省部级一等奖79项。2013年，张存浩院士获得国家最高科学技术奖；2014年，“甲醇制取低碳烯烃技术”获得国家技术发明一等奖。
截至2014年底，大连化物所累计申请专利5564件，其中发明专利5251件，累计专利授权2199件，其中发明专利授权1925件，累计申请中国国外专利350多件，其中PCT申请210多件，获得中国国外专利授权80多件。
获奖（部）：
| 获奖年度 | 获奖名称 | 主要完成人 | 获奖类别 | 获奖等级 |
| 2013 | 态-态分子反应动力学研究 | 张东辉，杨学明等 | 辽宁省自然科学奖 | 一等 |
| 2013 | 直接醇类燃料电池电催化剂应用基础研究 | 孙公权等 | 辽宁省自然科学奖 | 一等 |
| 2013 | 质子交换膜燃料电池电化学界面及过程研究 | 邵志刚等 | 辽宁省自然科学奖 | 二等 |
| 2013 | 全钒液流电池产业化技术及应用 | 张华民等 | 辽宁省技术发明奖 | 二等 |
| 2013 | 甘油催化转化制备1 ，2-丙二醇技术 | 徐杰等 | 辽宁省技术发明奖 | 三等 |
| 2013 | 多级孔共结晶分子筛催化剂研发及在清洁油品生产技术中的应用 | 徐龙伢等 | 辽宁省科技进步奖 | 一等 |
| 2013 | 张存浩 | 张存浩 | 国家最高科学技术奖 | 最高奖 |
| 2013 | 现代催化研究方法 | 辛勤 | 大连市科学著作奖 | 一等 |
| 2013 | 膜技术术语词典 | 王从厚 | 大连市科学著作奖 | 三等 |
| 2013 | 高效液相色谱实用手册 | 张维冰 | 大连市科学著作奖 | 三等 |
| 2013 | 一种低碳烯烃直接水合生产低碳醇的方法 | 朱书魁 | 专利优秀奖 | 优秀奖 |
| 2013 | 神华包头煤制烯烃示范项目成套工业化技术开发及应用 | 刘中民 | 石油化工联合会科技进步奖 | 特等 |
| 2012 | 复杂生物样品的高效分离与表征 | 邹汉法等 | 国家自然科学奖 | 二等 |
| 2012 | 全钒液流储能电池用高性能，低成本非氟离子交换膜材料 | 张华民等 | 辽宁省技术发明奖 | 二等 |
| 2012 | 轻质铝合金催化制氢 | 孙立贤等 | 辽宁省科技进步奖 | 三等 |
| 2012 | 海洋多糖基微/纳米药物控释载体制备技术及其产业化 | 马小军等 | 海洋工程科学技术奖 | 一等 |
| 2012 | 包信和 | 包信和 | 何梁何利奖 | |
| 2011 | 由甲醇或/和二甲醚生产低碳烯烃的方法 | 齐越，刘中民，吕志辉 | 专利金奖 | 金奖 |
| 2011 | 用于甲醛乙醛氨合成吡啶碱的钛基催化剂及其制备方法 | 徐龙伢，刘盛林，杨寿海 | 专利优秀奖 | 优秀奖 |
| 2011 | 一种临氢异构化催化剂及其制备方法 | 田志坚，胡胜，王磊 | 专利优秀奖 | 优秀奖 |
专利（部）：
| 专利名称 | 专利类别 | 申请日期 | 授权日期 | 发明人 |
| 高危化学品监测离子迁移谱智能软件 | 发明 | 2013.10.29 | 2013.12.02 | 鞠帮玉 |
| 高危化学品监测差分迁移谱智能软件 | 发明 | 2013.10.23 | 2013.12.06 | 鞠帮玉 |
| N-糖基化位点及结构鉴定软件 | 发明 | 2013.08.08 | 2013.09.23 | 程凯 |
| 蛋白质组修饰谱定量数据处理平台 | 发明 | 2013.08.08 | 2013.09.23 | 程凯 |
| 飞秒瞬态吸收光谱数据处理程序软件 | 发明 | 2013.08.07 | 2013.09.17 | 韩克利 |
| 一种用于正、负离子检测的飞行时间质谱仪检测器 | 发明 | 2013.07.01 | 2013.12.04 | 李海洋 |
| 一种光源与小孔光阑的同轴对准装置 | 发明 | 2013.06.28 | 2013.12.04 | 关亚风 |
| 一种转板式单重态氧发生器 | 发明 | 2013.06.08 | 2013.11.20 | 邓列征 |
| 一种高真空仪器腔体加热装置 | 发明 | 2013.05.08 | 2013.11.27 | 唐紫超 |
| 一种自动开关实验仪器真空系统的装置 | 发明 | 2013.04.24 | 2013.10.23 | 唐紫超 |
| 一种信号线检测装置 | 发明 | 2013.04.23 | 2013.11.27 | 唐紫超 |
| 一种实验室冷却水循环系统 | 发明 | 2013.04.23 | 2013.11.27 | 唐紫超 |
| 一种用于采集呼出气的加热保温密封装置 | 发明 | 2013.04.18 | 2013.11.06 | 王新 |
| 基于三维空间静电势重构的新型蛋白质粗粒化计算方法软件 | 发明 | 2013.03.27 | 2013.05.10 | 李国辉 |
| 化学氧碘激光器多物理场耦合模拟仿真软件 | 发明 | 2013.02.07 | 2013.03.26 | 怀英 |
| 乙酸气相加氢制乙醇的提纯装置 | 发明 | 2013.02.06 | 2013.09.25 | 夏吴 |
| 一种采样热解析渗透膜的复合装置 | 发明 | 2012.12.21 | 2013.06.12 | 渠团帅 |
| 一种用于热解析进样的步进电机进样器 | 发明 | 2012.12.21 | 2013.06.26 | 王祯鑫 |
| 一种固定光纤的镀膜夹具 | 发明 | 2012.12.21 | 2013.06.26 | 龚选 |
| 一种便携式快速检测压电微天平 | 发明 | 2012.12.21 | 2013.07.24 | 孙立 |
近日成果：
柔性钙钛矿单晶薄片研究取得新进展
近日，我所洁净能源国家实验室太阳能研究部硅基太阳能电池研究组（DNL1606）刘生忠研究员带领的团队与陕西师范大学合作，在钙钛矿单晶薄片材料的生长和应用领域取得新进展，相关研究成果发表在Advanced Materials上（DOI:10.1002/adma.201601995)。
钙钛矿材料由于具有极长的载流子传输距离、极低的缺陷态密度、较高的光吸收系数等特点，是优异的光伏、光电、激光和发光材料。目前，经过NREL认证的钙钛矿太阳电池光电转换效率达到22.1%，已接近晶体硅太阳能电池的效率；同时，基于钙钛矿材料的各种光电器件在光电领域也具有广阔的应用前景。但是，微晶钙钛矿薄膜中存在很多晶粒、晶界、孔隙和表面缺陷，是进一步提高太阳能转换效率及其它光电器件性能需要解决的关键问题。前期工作中，DNL1606组首次利用升温析晶法成功制备出尺寸超过两个英寸的甲胺基钙钛矿单晶晶体CH3NH3PbX3（X=Cl、Br、I）（Liu et al，Adv. Mater.2015，DOI:10.1002/adma.201502597）和大尺寸甲眯基钙钛矿单晶体及光电器件CH(NH2)2PbI3（Liu et al，Adv. Optical Mater.2016，DOI:10.1002/adom.201600327），这些大尺寸钙钛矿单晶体在研发高性能光电器件方面显示出明显的优越性。
根据半导体行业对于钙钛矿单晶片的市场需求，该研究团队首次利用流动溶液微反应系统，实现了厚度和形状可控的钙钛矿CH3NH3PbI3单晶薄片的制备。与微晶钙钛矿光电器件相比，用钙钛矿单晶薄片组装的集成电路型光探测器具有更好的光响应和更高量子效率，且光谱响应范围更加宽广。同时，该集成电路型光探测器在工作稳定性方面也具有明显的优势。
上述研究工作得到中央高校基金、长江学者和创新团队“111计划”和“千人计划”项目的资助。
金催化剂研究取得新进展
近日，我所航天催化与新材料研究室（15室）和穆斯堡尔谱技术研究组（DNL2005）在金催化剂研究方面取得新进展。通过调节Au与羟基磷灰石（HAP）之间的金属-载体强相互作用（Strong Metal-Support Interaction，简称SMSI），成功设计并制备出具有高稳定性和高活性的金催化剂（Au/TiO2-HAP）。在模拟汽车尾气CO消除反应中，该催化剂反应稳定性优于商业三效催化剂（JM888），相关研究成果发表在Angew. Chem. Int. Ed.上。（http://dx.doi.org/10.1002/anie.201601823）金催化研究领域国际知名学者Masatake Haruta教授发表题为“Ultrastable nanogold catalyst—on the way going to practical application”的评论文章对该工作进行了highlight。（http://www.cjcatal.org/EN/10.1016/S1872-2067(16)62526-3）
近年来，纳米金催化剂由于对多种反应表现出优异的催化活性和选择性而广受关注。但金纳米粒子稳定性低，在高温环境或者反应下易聚集长大从而降低了反应活性，严重阻碍了金催化剂的实用化进程。制备兼具高稳定性和高活性的金催化剂面临巨大挑战。
近期，张涛院士团队和王军虎研究员团队发现Au与HAP在高温氧化条件下可以形成SMSI，引发载体对金纳米粒子的包裹（J. Am. Chem. Soc.2016,138,56-59），提高了金纳米粒子的稳定性；但是，过度的包裹会覆盖活性位，从而降低催化活性。为解决这一问题，研究团队向HAP中掺入活性载体TiO2，调节HAP与Au之间的强相互作用，既改变了纳米粒子的包裹程度，又提供了高活性反应位点，从而研制出同时具有高活性和高稳定性的负载金催化剂Au/TiO2-HAP。该催化剂经800℃高温焙烧后仍具有可观的CO氧化活性，且对一系列高温反应表现出优异的反应稳定性。在模拟汽车尾气的CO消除测试中表现出优于商业三效催化剂的反应稳定性。研究结果还表明，该催化剂中Au纳米粒子位于HAP与TiO2两种载体的界面之间：这种特殊构型使金纳米粒子靠近HAP的一侧由于SMSI作用被HAP包裹，确保了催化剂优异的抗烧结性和稳定性；同时，靠近TiO2一侧裸露，可以与反应底物直接接触，确保了催化剂的高活性。该催化剂不仅显示出潜在的实用性，更重要的是，该催化剂的设计与制备开辟了一条通过调节SMSI效应制备兼具高稳定性与高活性金催化剂的新途径。
上述研究工作得到国家自然科学基金的资助。
反应-分离-反应耦合催化膜反应器研究取得进展
近日，我所催化基础国家重点实验室无机膜与催化新材料组（504组）杨维慎研究员和朱雪峰研究员带领的研究团队在透氧膜反应器同时制备合成氨原料气和合成液体燃料原料气的研究中取得进展，研究成果发表在Angew. Chem. Int. Ed.杂志上。
合成氨和Fischer-Tropsch合成制备液体燃料是两个重要的化工过程，相应的合成气制备十分关键。现有工业制备氨合成气(H2/N2=3)至少需要6步，制备液体燃料合成气（H2/CO=2）至少需要3步，工艺复杂且能耗高（以合成氨过程为例，制备氨合成气的能耗占合成氨过程总能耗的84%）。此外，氨合成气制备过程伴随大量二氧化碳的排放。
针对上述问题，该研究团队创造性地提出了在混合导体透氧膜反应器中1步同时制备氨合成气和液体燃料合成气的概念，即：膜I侧(side I)通入水蒸汽和空气，膜II侧(side II)通入天然气(甲烷)。高温下，膜I侧空气中的氧和水分解生成的氧通过透氧膜到达膜II侧与甲烷反应生成液体燃料合成气（H2/CO=2），同时膜I侧流出气体经冷凝干燥后即可得到氨合成气(H2/N2=3)。结果表明，在膜反应器中，可以同时获得18.8 mL cm-2 min-1的氨合成气生成速率和45.6 mL cm-2 min-1的液体燃料合成气生成速率，即：一个同时年产30万吨氨和100万吨甲醇的工厂，所需膜面积约7500m2，反应器体积仅为75m3，体现了高度的过程强化。此外，能耗比现有工业过程降低63%；膜反应器无飞温和爆炸风险；环境友好，无直接CO2排放以及氨合成气清洁，无有害气体，如CO、H2S等。
该项研究得到了国家自然科学重点基金、中国科学院战略性先导科技专项以及我所DMTO项目的资助。
金属表面解离吸附动力学理论研究取得新进展
近日，我所分子反应动力学国家重点实验室在分子表面散射动力学理论研究上获得新进展。由该实验室傅碧娜副研究员、张东辉研究员等撰写的论文“First-principles quantum dynamical theory for the dissociative chemisorption of H2O on rigid Cu(111)”发表在近期的《自然·通讯》杂志上(Nature Communications, 2016, 7:11953, doi: 10.1038/ncomms11953)，该研究工作首次实现了多原子分子在金属表面反应的全维量子动力学计算。
分子在金属表面解离吸附的动力学研究在多相催化等工业过程中占有重要的地位。在过去的20多年里，科学家们为发展可靠的理论来精确描述分子在固体表面的解离吸附动力学付出了巨大的努力。由于反应中可能存在的量子效应，如量子隧穿、零点能、反应共振等，量子动力学研究是最为可靠的。但是由于高维量子动力学研究的困难，以往精确的量子动力学理论只局限于研究双原子分子在固体表面解离吸附这类包含六个自由度的问题。水在过渡态金属表面的解离吸附是多相催化过程，如水煤气变化和蒸气重整反应中重要的一步，因此其研究具有重要意义。由于包含9个自由度，以往的研究只能利用减维量子模型把体系的自由度限制在六个。今年初，该研究团队首次利用7维量子动力学方法研究H2O在Cu(111)表面的解离吸附动力学 (Chemical Science, 2016, 7, 1840-1845)，发现7维量子动力学结果和之前的6维结果相差很大，说明表面减维模型在描述此类反应时会带来较大的误差，因此非常有必要开展全维量子动力学研究。
最近，该研究团队在其拟合的全维全域势能面上成功在全维（9维）水平计算了H2O在Cu(111)表面的解离吸附几率，从而首次实现了一个三原子分子在金属表面反应的全维量子动力学研究，被审稿人誉为“理解表面反应动力学的一个重要里程碑”。他们的研究发现全维量子解离几率与以往用减维模型得到的结果相差很大，证明只有全维量子计算才能精确描述此类反应。全维量子动力学还揭示了H2O的不同振动模式激发比平动能都能更有效地促进反应发生，并且效率明显要比减维模型得到的更为显著。该全维量子动力学研究也验证了该研究团队之前在双原子分子-表面散射中所发展的质心位点平均方法的准确性，表明该方法能广泛应用到多原子分子在金属表面的解离吸附动力学研究中，从而为精确模拟多原子分子-表面反应提供了一个重要的理论方法。
以上研究得到了国家自然科学基金委、科技部和中科院的支持。
二维纳米材料限域单原子催化剂研究取得新进展
近日，我所催化基础国家重点实验室邓德会副研究员和包信和院士带领的研究团队在长期深入研究二维催化材料和纳米限域催化的基础上，与中国工程物理研究院的张文华研究员合作，发现石墨烯限域金属CoN4中心在染料敏化太阳能电池的对电极I3- 到I- 的还原反应中，可实现催化活性和稳定性的“双优”。相关结果以通讯形式发表在近期的《德国应用化学》（Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 6708）上，并被选为该期刊新一期的内封面文章进行重点介绍。
众所周知，在催化反应中，催化剂的活性和稳定性有时就像“跷跷板”的两端，很难同时实现高活性和高稳定性。因此，众多的科研人员开始探索和设计新的催化材料来同时实现催化剂的高活性和高稳定性。该团队在前期研究二维纳米材料如石墨烯、硫化钼纳米片等限域过渡金属单原子催化剂（Sci. Adv. 2015, 1(11): e1500462；Energy Environ. Sci. 2015, 8, 1594）的基础上，通过高能球磨3d过渡金属酞菁分子和石墨烯纳米片，实现利用碳/氮/金属原子之间形成的强共价键来锚定配位不饱和过渡金属中心，形成平面的金属N4中心结构；由于N原子的“桥梁”作用，显著提高了过渡金属在石墨烯晶格里的结构稳定性；通过优化内嵌金属种类，合成出多种石墨烯内嵌单原子金属中心结构材料。
染料敏化太阳能电池因其较高的能量转换效率而备受关注，其中其光阳极的对电极I3- 到I- 的还原利用到大量的贵金属Pt催化剂，制约了该电池的商业应用。该合作团队在前期探索Pt替代催化剂（Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 7023）的研究基础上，发现该系列石墨烯限域3d金属单原子中心在I3- 到I- 的还原中表现出了良好的催化性能，其中石墨烯限域CoN4中心的催化活性最优，其电化学测试性能以及组装后的电池功率转换效率（8.40%）均优于贵金属Pt催化剂（7.98%），更为可贵的是，在一系列的石墨烯限域单金属中心中，CoN4中心的催化活性和稳定性都处于“火山型”曲线的顶点处，同时实现了催化剂的高活性和高稳定性。理论计算表明石墨烯内嵌金属CoN4中心的高稳定性来自于N原子同时对C原子和Co原子强的成键作用，通过N原子的“桥梁”形成了强的C-N-Co键；而其高的催化活性与其中心Co原子对I原子合适的吸附能紧密相关，在I3- 的还原过程中，生成的吸附态I原子的脱附是反应的决速步，而在Co位点上，I原子的脱附相对于其它3d金属中心更为容易。这一研究成果为高活性和高稳定性的多相催化剂的设计提供了新思路。
以上研究得到了国家自然科学基金委、中国科学院纳米先导专项和教育部能源材料化学协同创新中心 (2011·iChEM) 的资助。
本文来源于大连化学物理研究所官网，石化缘整理发布。（扣扣交流群：471488031）
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