化工新材料是新材料产业的重要组成部分，其中无机功能纳米材料一直是各领域行业争相研究和应用的焦点，在推动技术创新、支撑产业迭代、建设制造强国上具有重要战略意义。我国化工新材料产业发展已具备一定基础，但整体技术实力仍落后于美欧等发达国家和地区，在微尺度上开展功能材料的微结构设计制备，如配位环境、缺陷工程、晶面工程等等，不仅是材料化工领域的研究前沿与热点，更是新技术、新产品、新产业突破的关键所在。
图1. 理论设计筛选，超/亚临界反应器材料制备与结构表征
胡钟霆教授课题组联合北京化工大学曹达鹏教授团队，针对两种及以上具有物化性质跨度差异的金属化合物在合成中伴随着溶质原子从溶剂晶格中溶解/析出行为、原子间传质效率调控等难题，运用理论计算理性筛选设计，采用超/亚临界流体技术，在临界压力（温度）外场作用力下，强化金属原子的溶剂化效应，提高金属原子在液相中的均匀分散性和传质、成核结晶老化等微观作用，中低温段下成功制备了系列以3d过渡金属为主的廉价功能纳米材料。以CoFe2O4、FeCo2O4、及其Ru粒子（~2 nm）锚固的多金属功能材料为例，采用5-羟甲基糠醛（HMF）为模型分子，研究了多金属微观结构对反应决速步骤的影响及其结构匹配机制。实验表明, 在优化条件下, nRu/FeCo2O4具有优异的HMF选择催化氧化活性（SCO）, 能获得100%的HMF转化率和99%的2,5-呋喃二甲酸（FDCA）产率。
图2. 吸附能计算，决速步估算及结构匹配机理
相关研究以“Structure matching mechanism of nRu/FeCo2O4 for highly-selective oxidation of HMF towards FDCA”为题于2024年11月发表于化工顶刊AIChE Journal，以及“Designing 3d transition metal cation-doped MRuOx as durable acidic oxygen evolution electrocatalysts for PEM water electrolyzers”为题2024年5月发表于化学顶刊Journal of the American Chemical Society。工作得到科技部重点研发计划（2022YFB3805401，2021YFA1501801），国家自然科学基金面上项目（22278375）等资助。特别感谢李小年教授、潘志彦教授等的细心指导与全力支持。
原文连接：
https://doi.org/10.1002/aic.18671
https://doi.org/10.1021/jacs.4c04096
浙公网安备33010302002621