人物介绍
支春义教授 ，香港城市大学教授。在中国科学院物理研究获得物理学博士学位。曾在日本国立材料科学研究所（NIMS）从事两年博士后研究后，并获得NIMS的ICYS研究员、研究员（faculty）和高级研究员（永久职位）。课题组链接：http://www.comfortablenergy.net/.（以下信息来源于支教授课题组网页） 该课题组在柔性储能、水系电解质电池、锌离子电池和电催化 H-index为94，论文被他引次数超过28000次 。此外，获授权专利80多项，现任Materials Research Letters主编、Materials Futures副主编、《npj Flexible Electronics》、Rare Metals、Green Energy & Environment Science编委。支春义教授曾获得青年教师杰出研究奖、香港城市大学校长奖、NML奖和北京市科学技术奖（一等奖）。他还是香港青年科学院院士、英国皇家化学会会士和科睿唯安高被引研究员（2019、2020，材料科学）。 （1）柔性储能；（2）Zn基电池和水系电解质电池；（3）氧和氮还原反应的催化剂。 在2021年12月21日和22日，该课题组与其他团队合作或独自先后在Angew. Chem. Int. Ed.（IF=15.336）和ACS Nano（IF=15.881）上发表了最新成果。下面，对这两篇成果进行简要的介绍，以供大家学习和了解！
支春义&何宏艳Angew.：碘离子转换电池新突破！容量翻倍、创纪录能量密度
有机碘电池的单电子转移模式和穿梭行为导致电池容量不足、氧化还原电位低、循环耐久性差。在传统的锂-碘（Li-I）电池中，缓慢的动力学被很好地识别出来，不如其他同类转换电池。基于此，香港城市大学支春义教授和中科院过程工程研究所何宏艳研究员（共同通讯作者）等人 报道了一种有效的卤素间活化的I– /I+ 的新双电子氧化还原化学策略，以在碘离子转换电池中实现所需的可逆多价跃迁。利用卤化物（甲基碘化铵；MAI）被选为活性碘供应以替代元素I2 ，其中实现对I物质的化学吸附而不是物理吸附。通过调节商业电解质中的Cl– （0.1 M），可逆的I0 /I+ 氧化还原被完全激活和稳定。因此，MAI正极与Li金属负极配对表现出两个明确的输出平台，分别为2.91 V和3.42 V。 通过实验测试发现，该碘离子转换电池的总容量为408 mAh gI -1 ，增加了一倍，同时能量密度达到了创纪录的1324 Wh kgI -1 ，是传统单电子氧化还原对的238%，优于目前已报道的所有有机金属-I2 对应物（Li-I、KI、Na-I、Mg-I）和大多数嵌入型Li-氧化物系统。此外，该氧化还原化学反应对温度不敏感，在-30 ℃下有效工作。密度泛函理论（DFT）计算和实验分析证实了新的氧化还原过程和机制，重点是引入的Cl– 离子在激活和稳定高压区正I+ 方面的重要作用。
总之，作者提出了一种有效的卤素间活化策略，通过改性电解质实现稳定和可逆的多价氧化还原。由新激活的I– /I+ 氧化还原产生的所需双电子转移化学带来了大大增强的电化学性能，远远超出了传统的I– /I3 – /I0 对。具体而言，碘离子转换电池在3.42 V时，其完全放电容量为408 mAh gI -1 ，同时能量密度（1324 Wh kgI -1 ）显著地增加到原始数字（通常为 550-580 Wh kgI -1 ）的238%。
此外，新的氧化还原表现出优异的动力学和循环稳定性。实验分析和DFT模拟揭示了Cl– 添加剂的详细作用方式，有效促进了I+ 的生成，并通过I-Cl物种的形成进一步稳定它们，同时新的氧化还原表现出卓越的环境适应性。该研究展示了一种新的双电子转移碘化学，它显着提高了碘离子转换电池的电压和容量输出，实现了前所未有的能量密度。同时，开发的有趣的卤素间策略有望激发其他卤化物转化系统的新化学。
Two-Electron Redox Chemistry Enabled High-Performance Iodide Ion Conversion Battery.Angew. Chem. Int. Ed. , 2021 , DOI: 10.1002/anie.202113576. https://doi.org/10.1002/anie.202113576. 支春义ACS Nano：AD-Fe NS高效电化学制备硝酸盐
电催化N2 氧化（NOR）转化为硝酸盐是新兴的电化学N2 还原（NRR）转化为氨气的潜在替代方案，可以实现更高的人工N2 固定效率和选择性，因为竞争性析氧反应（OER）产生的O2 可能有利于氧化NOR，不同于NRR的寄生析氢反应（HER）。 基于此，香港城市大学支春义教授（通讯作者）等人 报道了在N-掺杂的碳纳米片上开发了一种原子分散的Fe基催化剂（AD-Fe NS），该催化剂表现出卓越的催化NOR性能。通过实验测试发现，AD-Fe NS催化剂催化制备硝酸盐的产率达到了创纪录的6.12 μmol mg-1 h-1 （即2.45 μmol cm-2 h-1 ），其法拉第效率（FE）也达到了35.63%，优于所有已报道的NOR催化剂和大多数开发良好的NRR催化剂。同位素标记NOR测试证实了由AD-Fe NS催化的N2 电氧化制备硝酸盐时，所制备的硝酸盐的N源是来源于N2 。 此外，通过实验和密度泛函理论（DFT）计算等研究发现，AD-Fe NS中的Fe原子是NOR的活性位点，它可以有效地捕获N2 分子并通过Fe 3d轨道和N 2p轨道之间的杂化来拉长N≡N键。这种杂交会激活N2 分子并触发后续的NOR。此外，作者还提出了一种与NOR相关的途径，该途径揭示了来自寄生OER的O2 对NO3 – 形成的具有积极的影响。
总之，作者开发了一种原子分散的Fe催化剂（AD-Fe NS），用于通过N2 电氧化进行电化学合成硝酸盐。由于活性Fe位点对N2 分子的异常键外活化能力，AD-Fe NS催化剂具有优异的催化NOR活性，其中NO3 – 产率为6.12 μmol mg-1 h-1 （2.45 μmol cm-2 h-1 ），以及法拉第效率（FE）为35.63%。
通过理论研究表明，活性Fe位点的空3d轨道接受N2 分子的孤对电子，活性Fe位点的3d轨道将它们的电子贡献给N2 分子的空π*轨道，因此N2 分子有效地结合到活性Fe位点并被激活，从而触发随后的NOR。
此外，作者还提出了一种与NOR相关的途径，它指出了来自寄生OER的O2 在NO3 – 合成中的积极作用。该工作不仅证明了AD-Fe NS对N2 氧化成硝酸盐的优异催化活性，而且在人工将N2 固定为含氮化学品方面为低效率N2 还原成氨提供了有希望的替代方案。
Electrochemical Nitrate Production via Nitrogen Oxidation with Atomically Dispersed Fe on N-Doped Carbon Nanosheets. ACS Nano, 2021 , DOI: 10.1021/acsnano.1c08109. https://doi.org/10.1021/acsnano.1c08109.
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