绿色电催化转化技术可以利用电能来驱动化学反应，而不依赖于传统化石燃料。这种方法可以显著减少二氧化碳等温室气体的排放，从而有助于减缓全球气候变化。绿色电催化转化技术在促进清洁能源发展、减少环境污染以及实现可持续发展方面具有重要意义，是未来能源与环境领域的重要技术方向。近期，新能源学院杜淼教授团队与材料与化学工程学院张治红教授团队在能源领域TOP期刊《Advanced Science》和《Small》杂志上发表系列电催化转化氧气和氮气为高附加值产品的研究论文。
研究团队以生物质姜黄素为配体，合成Zn-MOF并进一步转化为多孔石墨烯负载的Co-O4单原子催化剂（Co-O4@PC）。富缺陷和多孔的Co-O4@PC电催化剂在0.6 V驱动电压下可将氧气实现98.8%两电子还原反应。同时，利用组装的流动型电解池实现了0.25 molg-1cath-1的过氧化氢合成。进一步，原位电合成的过氧化氢可实现对罗丹明B染料的有效降解和金黄色葡萄球菌的高效灭菌。该工作以题《Single-Atom Co─O4 Sites Embedded in a Defective-Rich Porous Carbon Layer for Efficient H2O2 Electrosynthesis》发表在《Small》（影响因子:13.0）文章链接：https://doi.org/10.1002/smll.202310468 /10.1002/smll.202310468
Co-O4@PC电催化剂的合成及流动型电解池合成H2O2
除氧气的电还原利用外，氮气相比与氧气，在空气中占比更高，但是由于NºN键能高，难以电催化转化。因此，开发高效的电催化氮气还原反应的催化剂十分必要。团队以过渡金属中自旋态调控为出发点，通过溶液等离子方法，制备出纳米片结构的Co9S8/Nb2CTx-P电催化剂。该催化剂在酸性和中性电解质中实现了氮气电还原合成氨，在酸性电解质中氨合成效率达到62.62 μg h-1 mgcat.-1，法拉第效率30.33%。在碱性电解质中氨合成效率为41.47 μg h-1 mgcat.-1，法拉第效率为23.19%。该工作为电催化氮气转化催化剂的设计提供了参考。本工作以题《Spin Manipulation of Co sites in Co9S8/Nb2CTx Mott–Schottky Heterojunction for Boosting the Electrocatalytic Nitrogen Reduction Reaction》发表在《Advanced Science》 (影响因子:14.3)文章链接：10.1002/advs.202407301
Co9S8/Nb2CTx-P电催化剂的合成及自旋结构调控策略促进氮气活化
以上研究成果得到了国家自然科学基金(U21A20286)，河南省高等学校重点科研项目计划基础研究专项(23ZX001)和河南省自然科学基金交叉学科创新研究群体项目(232300421005)的支持。（通讯员：张帅）