1. 總結了非常規（晶）相結構的金屬納米催化劑的可控合成策略。2. 闡述了金屬納米催化劑的相工程在電化學CO2還原應用中的最新研究進展。3. 展望了納米材料相工程（PEN）在電化學CO2還原領域中的機遇和挑戰。在過去的數十年中，電化學二氧化碳還原（CO2 reduction reaction, CO2RR）在世界上引起了廣泛的研究興趣，挖掘高性能的催化劑是實現高效CO2RR的關鍵因素之一。近期研究表明，金屬納米材料的晶相結構對CO2RR的性能至關重要。對晶相可控的納米金屬CO2RR催化劑的開發取得了顯著成效，如非常規晶相金屬納米材料的可控合成、可控相變、以及異相結構的構築等。基於此，作者總結了金屬納米催化劑相工程在CO2RR領域的最新進展，系統討論了非常規晶相的金屬納米催化劑的合成策略與調控機理，並重點概述了非常規相的金屬納米催化劑在CO2RR中的結構與性能優勢。該文以「Phase engineering of metal nanocatalysts for electrochemical CO2reduction」為題，發表於eScience 2022年第五期，並被選為封面文章。封面故事：作者根據相工程納米材料電催化二氧化碳還原反應的基本步驟合理設計此封面。背景採用宇宙炫酷背景，太陽為整個相工程體系，周圍圍繞着現在最常見的相工程的八種結構分別映襯在太陽系八大行星內部。在遠處，二氧化碳團簇以彗星的方式從遠處走來，周圍圍繞着電催化所需要的電子束，其在撞到行星（不同晶型）的一剎那，四散為絢爛的不同選擇性的有價值化學品的碎片。通過宏觀和微觀的對比和結合，來體現整個星系和宇宙的神秘及科學家們嚮往探索科學本質的無畏精神。文章首先總結了近年在CO2RR領域中金屬納米催化劑相工程的實驗進展（圖1），並簡要介紹了具有CO2RR催化性能的金屬納米材料的常規及非常規晶相，其中包括面心立方（fcc, 3C），密排六方（hcp, 2H和4H）和無定形等（圖2）。然後介紹了非常規相金屬納米催化劑的幾種重要合成策略，包括膠體合成法、電化學合成法、熱處理法等。隨之重點討論了PEN在CO2RR中的應用，並特別強調了構建清晰的（晶）相-催化活性構效關係的重要性。最後，作者對該領域當前存在的挑戰和機遇提出了新見解，並對其未來研究方向進行了展望。圖1. 近年來金屬納米催化劑相工程應用於電化學CO2RR代表性工作的時間軸圖2. 金屬納米材料相工程用於高效電催化CO2RR示意圖
要點1：總結了晶相可控的金屬納米催化劑的合成方法：該文介紹了三種主要的合成策略，包括膠體合成法、電化學合成法和熱處理法。值得注意的是，與尺寸、組成和形貌的調控不同，PEN側重於構建全新的結構參數與合成方法。在眾多的合成手段中，膠體合成法的應用最為廣泛（圖3）。到目前為止，研究人員通過膠體法合成了具有非常規相、異相結構、富含孿晶界（Twin boundaries, TBs）和堆疊層錯（Stacking faults, SFs）的金屬納米催化劑。圖3. 通過膠體合成法得到晶相可控的金屬納米催化劑該文介紹了（晶）相對於金屬納米催化材料電化學CO2RR性能（包括催化活性、選擇性及穩定性）的影響（圖4）。此外，作為一種獨特的相類型，原子長程無序排列的無定形結構也展現了優異的催化性能。由於電化學反應主要發生在納米催化劑的表面，因此CO2RR性能會受到其晶體結構的顯著影響。PEN通過調節金屬納米催化劑材料的電導率、活性中心密度及其對CO2和反應中間體的相對結合強度，實現了優異的電催化CO2RR性能（寬電位窗口下的高活性、高選擇性以及優異的穩定性）。儘管PEN的發展與其在CO2RR中的應用已經取得了相當大的進步，但是許多關鍵的科學與工程問題仍待解決，如：（1）具有新相的金屬納米催化劑的合成產量受限，與工業化應用還有一定的距離；（2）膠體法合成催化劑過程中使用的表面配體會對催化性能產生不確定影響；（3）需要更深入地理解（晶）相和電催化性能之間的內在關係；（4）需要進一步提升新相催化劑在電催化過程中的穩定性。Phase engineering of metal nanocatalysts for electrochemical CO2reductionY.J. Zhai, P. Han, Q.B. Yun, Y.Y. Ge, X. Zhang*,Y. Chen*, H. Zhang*https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S266714172200101X複製鏈接至瀏覽器即可下載，或點擊文末「閱讀原文」查看香港城市大學胡曉明講座教授
分別於1992和1995年獲南京大學學士和碩士學位，1998年獲北京大學博士學位（導師：劉忠范院士）。1999和2001年分別赴比利時魯汶大學Frans C. De Schryver院士課題組和美國西北大學Chad A. Mirkin院士課題組從事博士後研究。2003和2015年分別在美國NanoInk公司和新加坡生物工程與納米技術研究院工作。2006年加入新加坡南洋理工大學材料科學與工程學院任助理教授，分別於2011、2013年晉升為副教授、教授，2019年加盟香港城市大學化學系。張華教授的研究領域涵蓋多個前沿交叉學科。目前的研究聚焦在納米材料相工程（PEN）、精細多級結構的可控外延生長等；主要包括以下幾個方面：超薄二維納米材料（如金屬納米片、金屬硫族化合物、石墨烯、金屬有機骨架、共價有機框架等）、新晶相的金屬和半導體納米材料、新型無定形納米材料，及其多功能納米複合材料的製備，以及在催化、清潔能源、光電器件、納米與生物傳感、環境水污染處理等方面的應用研究。迄今為止，張華教授已在中國、美國、歐洲、新加坡等地申請專利80餘項（包括授權1項中國專利，10項美國專利，1項歐洲專利和3項新加坡專利），發表了550餘篇學術論文。截止於2022年10月10日，張華教授的文章已被引用123,000餘次（H因子為171，Google Scholar數據）和105,200 余次（H因子為161，科睿唯安）。張華教授於2020年當選歐洲科學院外籍院士（Foreign Fellow of European Academy of Sciences），2015年當選亞太材料學院院士（Academician of the Asia Pacific Academy of Materials），2014年當選英國皇家化學會會士（Fellow of the Royal Society of Chemistry）。張華教授所獲得學術榮譽和獎項包括：入選「全球最有影響力科學思想名錄（the World's Most Influential Scientific Minds）」和「高被引科學家名單」(2014年「材料科學」，2015-2021「化學」和「材料科學」；湯森路透/科睿唯安), 2014和2015年分別入選全球17和19位熱門科學家榜單（Hottest Researchers of Today），並於2014年在「Materials and More」領域排名第一（湯森路透），榮獲香港城市大學傑出研究獎（2022），香港城市大學校長獎（2021），澳大利亞伍龍貢大學校長國際學者獎（Vice-Chancellor's International Scholar Award，2016），美國化學學會ACS Nano Lectureship獎（2015）, 世界文化理事會（WCC）特別表彰獎（Special Recognition Award，2013）, 希臘ONASSIA Foundation Lectureship （2013）, SMALL青年創新獎（Wiley-VCH, 2012），南洋傑出研究獎（2011）等。現任SmartMat共同主編，ChemNanoMat共同編輯委員會主席，Adv. Mater.、Adv. Funct. Mater.、ACS Nano、Small、Chem、Matter、Research、eScience、Aggregate、高等學校化學學報、物理化學學報等30餘種雜誌的編委會或顧問委員會成員。
於2017年在新加坡南洋理工大學獲得博士學位，之後在美國萊斯大學從事博士後研究。2021年秋季就職於香港理工大學任助理教授。目前在Nat. Catal.、Nat. Chem.、Nat. Rev. Chem.、Nat. Commun.、Chem. Soc. Rev.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.等國際學術期刊上發表SCI論文100餘篇，H因子54。於2020年和 2021 年連續入榜全球「高被引科學家」。張曉教授課題組的研究領域涵蓋多個前沿交叉學科。目前的研究聚焦於：（1）清潔能源轉化：1，電化學反應器設計；2，電化學小分子轉化（例如H2O、O2、CO2和N2等）電化學轉化為高附加值化學品；3，膜組裝技術及工藝。（2）先進材料及工藝：新型二維納米材料（納米片、薄膜及異質相等）的結構及機械性能研究；新型催化劑的設計及應用。分別於2015年和2019年在新加坡南洋理工大學材料科學與工程系獲得學士學位（一等榮譽學位）和博士學位。期間主要從事金屬基納米材料的晶相可控合成與性質研究，包括非常規晶相金屬納米結構的濕化學法合成、模板法生長，低維金屬納米材料的設計與合成、以及新型納米材料在催化、清潔能源等前沿領域的應用研究。近五年在包括Nat. Chem.、Nat. Catal.、Nat. Mater.、Nat. Rev. Chem.、Nat. Prot.、Chem. Rev.、Nat. Commun.、J. Am. Chem. Soc.、Adv. Mater.、Chem. Sci.、Chem等國際頂級刊物上發表SCI論文50餘篇，H因子30。2020年秋季起就職於香港中文大學化學系，任助理教授。課題組現階段的研究方向包括新型無機納米材料的濕化學合成及其在催化、光學、生物檢測等領域的應用。eScience致力於發表能源、電化學、電子學、環境等相關領域及其交叉學科具有原創性、重要性和普適性的最新研究成果。eScience初創就集國際刊號、國內刊號、商標權於一身，併入選2020年度中國科技期刊卓越行動計劃高起點新刊項目。2022年初被DOAJ數據庫收錄。目前，eScience已有七期論文上線，受到海內外專家學者的廣泛關注和引用。未來，eScience將堅守「植根中國，擁抱世界，引領未來」的初心使命，為教育、科技、人才的創新發展提供支撐，繼續提升國際學術影響力，勇攀世界科技高峰，服務科技強國建設，助力「碳達峰」和「碳中和」國家重大戰略目標。歡迎大家關注與投稿！期刊將執行快速、公正、嚴格、規範的稿件評審制度。▼點擊閱讀原文，獲取期刊全文
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