武志堅(jiān)

男， 中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所， 教授/研究員/教授級(jí)高工或同等級(jí)別

學(xué)習(xí)/工作經(jīng)歷

工作經(jīng)歷
1989.06-1992.06，中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所，稀土化學(xué)與物理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，研究實(shí)習(xí)員
1992.07-1997.06, 中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所，稀土化學(xué)與物理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，助理研究員
1994.07-1995.08，瑞士Ciba Geigy AG 公司，材料設(shè)計(jì)研究所，訪問(wèn)學(xué)者
1997.07-1997.09，中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所，稀土化學(xué)與物理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，副研究員
2001.01 – 2001.09, 美國(guó)Wayne State University, 化學(xué)系，博士后
2001.09 – 2003.01, 加拿大Dalhousie University, 化學(xué)系，博士后（Killam Postdoctoral Fellowship）
2005.08 – 2006.04，日本東北大學(xué)，金屬材料研究所，訪問(wèn)學(xué)者
2010.06 – 2010.08, 日本國(guó)立物質(zhì)科學(xué)研究所(NIMS)，計(jì)算材料中心，訪問(wèn)學(xué)者
2003.01 – 現(xiàn)在, 中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所，稀土資源利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，研究員

學(xué)習(xí)經(jīng)歷
1982.09 - 1989.06，吉林大學(xué)物理系，本科
1986.09 - 1989.06，吉林大學(xué)物理系，碩士研究生
1997.09 - 2000.06，中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所，博士研究生

研究領(lǐng)域和興趣

新型功能材料理論設(shè)計(jì)；催化反應(yīng)機(jī)理；催化劑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

主要業(yè)績(jī)

(1) La和La2O3助催化劑對(duì)CO2與CH4重整反應(yīng)機(jī)理的影響。CO2與CH4均是溫室氣體，它們的重整化反應(yīng)CH4 + CO2 → 2CO + 2H2不僅可以消耗溫室氣體，同時(shí)也可以產(chǎn)生合成氣CO/H2用于后續(xù)的工業(yè)合成。對(duì)于純金屬Ni來(lái)說(shuō)，其主要缺點(diǎn)是在催化過(guò)程中容易產(chǎn)生積炭，造成催化劑失活。在用La和La2O3進(jìn)行修飾后，反應(yīng)物以及中間體的吸附能明顯增強(qiáng)，尤其是La2O3修飾的Ni(111)表面。同時(shí)CO2在La2O3修飾的Ni(111)表面的強(qiáng)吸附導(dǎo)致La2O3結(jié)構(gòu)發(fā)生形變，生成復(fù)合中間體CO2(La2O2-O)。這個(gè)中間體的生成抑制了Ni(111)表面積炭的產(chǎn)生。主要的反應(yīng)機(jī)理是CH4 + CO2 + La2O3 → CH + CO2(La2O2-O) + 3H → CHO + CO2(La2O2) + 3H →2CO + 2H2 + La2O3，決速步驟是CH4 → CH3+H。而La修飾的Ni(111)表面反應(yīng)機(jī)理與純Ni(111)相同。微動(dòng)力學(xué)研究表明，在500-700 oC范圍內(nèi)，修飾后的Ni(111)催化劑的反應(yīng)速率明顯高于純Ni(111)，尤其是La2O3修飾的Ni(111)表面。覆蓋度的研究表明，對(duì)于La修飾的Ni(111)表面，主要中間體是CH，而對(duì)于La2O3修飾的Ni(111)表面，主要中間體是CH3。同時(shí)La2O3修飾的Ni(111)對(duì)溫度的變化更加敏感。(J. Catal., 2018, 364, 248-261).

(2) Ce助催化劑對(duì)Ni(111)表面CO與H2 反應(yīng)影響的理論研究。在還原CO的過(guò)程中，Ni作為主要催化劑得到了人們關(guān)注，但是由于容易形成積炭和燒結(jié)，使得Ni的效率并不高。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在Ni中加入助催化劑Ce可以有效降低反應(yīng)溫度，進(jìn)而減小積炭和燒結(jié)現(xiàn)象的發(fā)生。因此我們對(duì)Ce摻雜的Ni(111)表面上CO還原的機(jī)理進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，在Ni表面引入Ce原子后，中間產(chǎn)物的吸附能力變強(qiáng)，特別是含O物種（CO、CHxO、CHxOH、OH和H2O）。通過(guò)計(jì)算反應(yīng)勢(shì)壘，發(fā)現(xiàn)在Ce-Ni(111)表面CO還原的反應(yīng)路徑為CO+3H2→CHO+5H→CH+H2O+3H→CH4+H2O。Ce-Ni(111)表面反應(yīng)的決速步驟(H+OH→H2O)的能壘（1.18eV）低于純Ni(111)表面（CO+H→CHO,1.36 eV）。因此Ce的引入提高了Ni對(duì)CO+H2→CH4+H2O反應(yīng)的速率。微動(dòng)力學(xué)研究表明，在保持反應(yīng)速率不變的情況下，Ce的引入可以降低Ni(111)表面的反應(yīng)溫度約100oC，這對(duì)工業(yè)生產(chǎn)具有重要的意義。除此之外，我們還發(fā)現(xiàn)Ce-Ni(111)在催化CO還原的過(guò)程中對(duì)溫度比較敏感。(J. Phys. Chem. C 2016, 120, 23030?23043).

(3) 在Cu(111)和Ni(111)表面利用CH4分解生長(zhǎng)石墨烯過(guò)程中H對(duì)初始成核的影響。實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)H2能夠影響甲烷的分解速度，從而影響石墨烯的生長(zhǎng)速度。而H能夠減緩甲烷在Cu表面的分解速度而對(duì)Ni的影響不大，因此為了探求其反應(yīng)機(jī)理我們對(duì)甲烷在H預(yù)吸附的Cu和Ni表面進(jìn)行了研究。計(jì)算結(jié)果表明在H預(yù)吸附的Cu表面，同時(shí)存在H的抽取反應(yīng)（CHx+H→CHx-1+H2）和CHx的直接分解反應(yīng)（CHx+H→CHx-1+2H），其中前者具有較高的能壘。而在Ni表面只存在CHx的直接分解反應(yīng)。微動(dòng)力學(xué)計(jì)算表明H的抽取反應(yīng)即便在較高H的覆蓋度下也難以發(fā)生，同時(shí)研究還發(fā)現(xiàn)H2的引入改變了CH4在Cu表面分解的關(guān)鍵中間產(chǎn)物（由CH轉(zhuǎn)變?yōu)榱薈H3），而在Ni表面這種轉(zhuǎn)變發(fā)生的條件是H2/CH4>1。進(jìn)一步的研究指出H的引入能夠降低C原子在Cu表面的聚合速度，略微提高其遷移速度，這使得C有足夠的時(shí)間遷移到其穩(wěn)定的位置上，這解釋了為什么在較高的H2/CH4的情況下，Cu表面的石墨烯邊緣非常規(guī)整。（Carbon，2014，74，255–265）.

(4) Cu@Pt合金表面的氧化還原反應(yīng)（ORR）的機(jī)理研究。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)Cu@Pt合金作為燃料電池的陰極具有很高的耐性和催化活性。所以為了解釋Cu@Pt合金如何促進(jìn)ORR反應(yīng)，我們對(duì)Cu@Pt的(111)和(100)表面的ORR反應(yīng)進(jìn)行了研究。結(jié)果表明Cu的引入會(huì)改變ORR在Pt(111)上的反應(yīng)機(jī)理，降低反應(yīng)的決速步驟能壘從而提高其催化活性。而在Pt(100)上Cu的引入阻礙了反應(yīng)的進(jìn)行。此外我們對(duì)兩種表面上的外電勢(shì)進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)在Cu@Pt表面在較低電勢(shì)（U<0.39V）下會(huì)保持很好的活性。因此在實(shí)驗(yàn)上提高Cu@Pt(111)面的比例可以進(jìn)一步促進(jìn)Cu@Pt催化活性。(J. Mater. Chem. A, 2015, 3, 11444 –11452).

(5) MNC (M=Fe和Co)襯底與NiO間協(xié)同效應(yīng)對(duì)氧析出反應(yīng)（OER）的強(qiáng)化。實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)在N摻雜的石墨烯中引入過(guò)渡金屬Fe和Co可以有效提高表面NiO催化劑對(duì)OER的反應(yīng)活性。為了進(jìn)一步證實(shí)這種襯底和催化劑間的協(xié)同效應(yīng)對(duì)催化活性的影響，我們對(duì)MNC/NiO（M=Fe和Co）和NC/NiO體系進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，金屬的引入可以降低所有基元反應(yīng)的能壘，所以MNC與NiO間的協(xié)同效應(yīng)提高了OER的反應(yīng)活性。對(duì)于FeNC/NiO來(lái)說(shuō)， OER的決速步驟的反應(yīng)活性要高于CoNC/NiO，這與實(shí)驗(yàn)觀測(cè)到FeNC/NiO具有較高活性的現(xiàn)象一致。(Angew. Chem. Int. Ed., 2015, 127, 10530–10534)

代表成果

1. Yanan Meng, Cong Yin, Kai Li, Hao Tang,* Ying Wang,* Zhijian Wu,* Improved oxygen reduction activity in heteronuclear FeCo codoped graphene: A theoretical study, ACS Sustainable Chemistry and Engineering, 7, 17273-17281 (2019).

2. Yanan Meng, Cong Yin, Kai Li, Hao Tang,* Ying Wang,* Zhijian Wu,* Design of high efficient oxygen reduction catalyst from the transition metal dimer phthalocyanine monolayer, Applied Surface Science, 480, 905-911 (2019).

3. Shize Liu, Lin Cheng,* Kai Li, Cong Yin, Hao Tang,* Ying Wang, Zhijian Wu,* RuN4 doped graphene oxide, a high efficient bifunctional catalyst for oxygen reduction and CO2 reduction from computational study, ACS Sustainable Chemistry and Engineering, 7, 8136-8144 (2019).

4. Meiling Xiao,# Liqin Gao,# Ying Wang,# Xian Wang, Jianbing Zhu, Zhao Jin, Changpeng Liu, Hengquan Chen, Gaoran Li, Junjie Ge,* Qinggang He,* Zhijian Wu, Zhongwei Chen,* and Wei Xing,* Engineering Energy Level of Metal Center: Ru Single-Atom Site for Efficient and Durable Oxygen Reduction Catalysis, Journal of the American Chemical Society, 141, 19800-19806 (2019).

5. Kai Li, Feng He, Hongmei Yu, Ying Wang,* Zhijian Wu,* Theoretical study on the reaction mechanism of carbon dioxide reforming of methane on La and La2O3 modified Ni(111) surface, Journal of Catalysis, 364, 248-261 (2018).

6. Yunzhen Wu,# Yanan Meng,# Jungang Hou,* Shuyan Cao, Zhanming Gao, Zhijian Wu,* Licheng Sun,* Orienting active crystal planes of new class lacunaris Fe2PO5 polyhedrons for robust water oxidation in alkaline and neutral media, Advanced Functional Materials, 28, 1801397 (2018).

7. Feng He, Huiqi Li, Yingchun Ding, Kai Li, Ying Wang,* Zhijian Wu,* The oxygen reduction reaction on graphitic carbon nitride supported single Ce atom and CexPt6-x cluster catalysts from first-principles, Carbon, 130, 636-644 (2018).

8. Feng He, Kai Li, Cong Yin, Yingchun Ding, Hao Tang,* Ying Wang,* Zhijian Wu,* A combined theoretical and experimental study on the oxygenated graphitic carbon nitride as a promising sulfur host for lithium–sulfur batteries, Journal of Power Sources, 373, 31-39 (2018).

9. Jing Liu,# Menggai Jiao,# Lanlu Lu, Heather M. Barkholtz, Yuping Li, Ying Wang, Luhua Jiang, Zhijian Wu, Dijia Liu, Lin Zhuang, Chao Ma, Jie Zheng, Bingsen Zhang, Dangsheng Su, Ping Song, Wei Xing, Weilin Xu,* Ying Wang,* Zheng Jiang,* Gongquan Sun,* High performance platinum single atom electrocatalyst for oxygen reduction reaction, Nature Communications, 8, 15938 (2017).

10. Xin Xu, Kai Li, Zhenzhong Yang, Jiangjian Shi, Dongmei Li, Lin Gu,* Zhijian Wu,* Qingbo Meng,* Methylammonium cation deficient surface for enhanced binding stability at TiO2/CH3NH3PbI3 interface, Nano Research, 10(2), 483-490 (2017).

11. Ying Wang,* Menggai Jiao, Zhijian Wu,* Stephan Irle, Theoretical Studies on Ethanol Dissociation on Iron Nano-particles in the Early Stage of SWCNT Growth, Journal of Physical Chemistry C, 121, 2276-2284 (2017).

12. Ying Wang,* Menggai Jiao, Wei Song, Zhijian Wu,* Doped Fullerene as a Metal-Free Electrocatalyst for Oxygen Reduction Reaction: A First-Principles Study, Carbon, 114, 393-401 (2017).

13. Feng He, Kai Li, Cong Yin, Ying Wang, Hao Tang,* Zhijian Wu,* Single Pd atoms supported by graphitic carbon nitride, a potential oxygen reduction reaction catalyst from theoretical perspective, Carbon, 114, 619-627 (2017).

14. Feng He, Kai Li, Guangyou Xie, Ying Wang, Menggai Jiao, Hao Tang,* Zhijian Wu,* Understanding the enhanced catalytic activity of Cu1@Pd3(111) in formic acid dissociation, a theoretical perspective, Journal of Power Sources, 316, 8-16 (2016).

15. Xiaoxu Sun, Kai Li, Cong Yin, Ying Wang, Menggai Jiao, Feng He, Xiaowan Bai, Hao Tang,* Zhijian Wu,* Dual-site oxygen reduction reaction mechanism on CoN4 and CoN2 embedded graphene: theoretical insights, Carbon, 108, 541-550 (2016).

16. Menggai Jiao, Wei Song, Hujun Qian, Ying Wang,* Zhijian Wu,* Stephan Irle, Keiji Morokuma, QM/MD studies on graphene growth from small islands on the Ni(111) surface, Nanoscale, 8, 3067-3074 (2016).

17. Jun Wang,# Kai Li,# Hai-xia Zhong, Dan Xu, Zhong-li Wang, Zheng Jiang, Zhi-jian Wu, Xin-bo Zhang,* Synergistic Effect between Metal–Nitrogen–Carbon Sheets and NiO Nanoparticles for Enhanced Electrochemical Water-Oxidation Performance, Angewandte Chemie International Edition, 54, 10530-10534 (2015).

18. Kai Li, Yang Li, Ying Wang, Feng He, Menggai Jiao, Hao Tang,* Zhijian Wu,* The oxygen reduction reaction on Pt(111) and Pt(100) surfaces substituted by subsurface Cu: a theoretical perspective, Journal of Materials Chemistry A, 3, 11444-11452 (2015).

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