青岛科技大学仿生能源材料与器件实验室研究获得阶段性成果

面对日益突出的能源与环境问题，可持续清洁能源的开发迫在眉睫。青岛科技大学仿生能源材料与器件实验室一直致力于仿生策略用于清洁能源尤其是太阳能的转化，即通过模拟自然界中最高效催化剂-酶的结构和功能解决上述问题。这既是利用太阳能制备清洁燃料的重要策略，也是保护环境和实现人类社会可持续发展的理想途径。

仿生纳米催化优势

课题组提出的一种新方法实现了负载型超细钯纳米颗粒的可控制备（J. Mater. Chem. A, 2019, 7, 4446）：首先利用复分解反应法制备钯基硫族凝胶，然后向凝胶内部加入硼氢化钠，将位于网络骨架中的二价钯离子原位还原为0价钯纳米颗粒。该方法在常温常压下一步法制备得到钯纳米颗粒，大大简化了制备过程。并且可以通过控制还原剂的加入，调控还原后的钯纳米颗粒的粒径及分散密度。

负载型钯纳米颗粒的合成示意图

通过统计粒径分布，该方法制备的钯纳米颗粒的粒径可低至1.8 nm左右，并且纳米颗粒在载体内保持高度分散的状态。

金属含量不同的负载型钯纳米颗粒的透射电镜图 (a-c) Pd-SnS还原，(d-f) Pd0.4Sb0.6-SnS还原，(g-i) Pd0.2Sb0.8-SnS还原，(j-l) Pd0.05Sb0.95–Sn还原.

通过将该催化剂用于催化四硝基苯酚还原反应验证其催化活性，并且在催化剂循环使用20次后，仍旧可使上述反应转化率高达90%以上，TEM测试也显示反应前后催化剂的形态没有发生明显变化。以上表明该方法制备的钯纳米颗粒不仅具有优异的催化性能，同样具有良好的稳定性。该催化剂在催化Suzuki-Miyaura反应中的应用也得到验证。

上述工作发表在Journal of Materials Chemistry A上，（X. Shan, N. Sui, W. Liu, M. Liu and J. Liu*, Journal of Materials Chemistry A, 2019, 7, 4446-4450. 链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2019/ta/c8ta11772a ）。

课题组仿生领域工作基础

基于课题组之前的工作，刘健作为项目负责人申报的2019山东省自然科学杰出青年基金项目将高效产氢（包括 H₂ 和生物氢） 和 N₂ 还原作为研究目标，拟通过模拟光合作用和生物固氮过程，合成具有自然界中常温、常压、高效、专一选择性的仿生酶启发的纳米催化材料，实现高效催化产氢（包括NADH再生）和常温常压条件下高效催化 N₂ 还原，以期为解决能源和环境问题做出贡献。该项目已通过审批，获得立项（编号：ZR2019JQ05）。课题组成员贾长超博士“基于阴离子空位引起的半导体表面等离子体效应对光催化固氮研究”的项目也获得山东省自然科学基金青年基金的支持。杨丽君博士的“仿生结晶型金属有机含硫化合物的光电催化固氮研究”获得第65批中国博士后基金面上项目的支持。

课题组刘健博士多次邀请国内外的专家来校讲学。今年5月份，邀请了澳大利亚科廷大学的蒋三平教授来实验室访问。还多次参加学术会议，受邀请参加了在石家庄举办的2019光催化中青年论坛，并做邀请报告。5月，刘健赴常州参加第三届中国化学快报化学化工前沿论坛，在第二届青年编委的聘期基础上，并且再次获邀成为中国化学快报第三届青年编委会委员。5月，经中国化学会理事会批准，由江雷院士发起的仿生材料化学专业委员会成立，刘健应邀成为中国化学会仿生材料化学专业委员会委员。