北京時(shí)間2025年4月2日，西北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院材料前沿交叉研究中心張健教授團(tuán)隊(duì)在國(guó)際著名期刊《自然?催化》（Nature Catalysis）在線(xiàn)發(fā)表了題為“Efficient electroreduction of carbonyl compounds to alcohols over Fe/Fe2O3interfaces”的研究論文。
西北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院2023級(jí)博士研究生林金和博士后劉振鵬為論文共同第一作者，上海交通大學(xué)劉攀教授與西北工業(yè)大學(xué)張健教授為共同通訊作者。
羰基化合物還原是合成醇類(lèi)大宗化學(xué)品、精細(xì)化工品和生物質(zhì)精煉的核心反應(yīng)。當(dāng)前，工業(yè)領(lǐng)域該反應(yīng)依賴(lài)于熱催化加氫技術(shù)，但其需要高溫（100-250℃）、消耗過(guò)量氫氣作為氫源和貴金屬基催化劑，存在高能耗、高成本與安全隱患。相比之下，利用可再生能源產(chǎn)生的電能，在常溫常壓下驅(qū)動(dòng)電催化羰基加氫是一種極具前景的技術(shù)路線(xiàn)。但競(jìng)爭(zhēng)激烈的副反應(yīng)（析氫、碳碳偶聯(lián)、脫羥）、差的穩(wěn)定性等瓶頸難題，導(dǎo)致電催化羰基加氫的轉(zhuǎn)化率、醇選擇性和生產(chǎn)速率遠(yuǎn)低于熱催化技術(shù)。
針對(duì)以上關(guān)鍵問(wèn)題，我校材料學(xué)院張健教授團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新設(shè)計(jì)了一種Fe/Fe2O3納米陣列，其豐富的Fe/Fe2O3界面協(xié)同促進(jìn)了羰基化合物的吸附和活性氫的生成，從而實(shí)現(xiàn)了高效的電催化羰基還原。以丙酮還原為例，該催化劑在1 M KOH溶液中獲得高達(dá) 1.6 A/cm2的異丙醇分電流密度和100%的選擇性。同時(shí)在大規(guī)模兩電極電解槽中，F(xiàn)e/Fe2O3納米陣列于0.2 A/cm2 的電流密度下穩(wěn)定運(yùn)行 1000 小時(shí)，實(shí)現(xiàn)>99%的丙酮轉(zhuǎn)化率、100%的異丙醇選擇性及21.6 g gcat–1h–1的異丙醇產(chǎn)率。此外，該催化劑普適于乙醛、糠醛、正丁醛等系列羰基化合物的還原。該電催化羰基還原方法以水為氫源，反應(yīng)在室溫常壓下進(jìn)行，綠色無(wú)污染，且以廉價(jià)的鐵基材料為催化劑有效降低生產(chǎn)成本，突破了傳統(tǒng)熱催化的限制，有望成為綠色化工品生產(chǎn)新技術(shù)。
自2019年入職以來(lái)，張健教授團(tuán)隊(duì)圍繞新能源驅(qū)動(dòng)綠色化工技術(shù)，聚焦催化材料設(shè)計(jì)與反應(yīng)機(jī)制研究，在《自然?催化》《自然?化學(xué)》《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》《美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)雜志》等期刊發(fā)表系列原創(chuàng)成果。未來(lái)，團(tuán)隊(duì)將進(jìn)一步推進(jìn)電催化羰基還原技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。
兩電極電解槽中的電催化羰基化合物還原性能
通訊作者張健教授：
2014年博士畢業(yè)于中國(guó)科學(xué)院大學(xué)山西煤炭化學(xué)研究所。2014-2017年先后在德國(guó)馬普高分子研究所和德累斯頓工業(yè)大學(xué)進(jìn)行博士后研究。2018年在德累斯頓工業(yè)大學(xué)分子功能材料研究所擔(dān)任能源研究課題組長(zhǎng)。2019年入選國(guó)家中組部青年人才計(jì)劃，入職西北工業(yè)大學(xué)。主要研究方向：綠色炔烴/羰基化合物催化轉(zhuǎn)化、特種催化、氫能催化、功能性電池等。共發(fā)表研究論文80余篇，學(xué)術(shù)論著1章，谷歌學(xué)術(shù)引用>13000次，H-Index為43，15篇論文入選ESI高被引論文；以第一作者或通訊作者身份發(fā)表研究論文47篇。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41929-025-01316-7
（作者：張?。粊?lái)源：材料學(xué)院）
