中国科学技术大学化学物理系黄伟新

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黄伟新，中国科技大学教授、博士生导师，国家杰出青年基金获得者，教育部长江特聘教授，主要从事固体表界面催化、新催化材料和绿色能源催化反应的研究，已发表论文SCI收录论文140余篇，获得授权国家发明专利10件。现任Applied Surface Science的Editor、Catalysis Letters/Topics in Catalysis/ Chinese Chemical Letters/中国科学-化学中英文等期刊的编委。



黄伟新
单位：化学物理系
地址：安徽省合肥市金寨路96号中国科学技术大学化学物理系
邮编：230026
电话：+8655163600435
个人主页：http://scms.ustc.edu.cn/szdw/brjh/201009/t20100926_63911.html
E-mail:   huangwx@ustc.edu.cn  

Homepage:  http://staff.ustc.edu.cn/~huangwx
个人简历  Personalresume
1991年9月-1996年7月:中国科学技术大学应用化学系，获化学学士学位(无机化学)．
1996年9月-2001年7月：中国科学院大连化学物理研究所,获物理化学博士学位.博士论文:贵金属规整表面催化过程的动态偶合,导师:包信和研究员.
1999年10月-1999年12月:Fritz-Haber-InstitutderMPG,Berlin,Germany,访问学生.
2001年8月-2003年8月:UniversityofTexasatAustin,Texas,USA,博士后研究人员.Advisor: Prof.Dr.JohnM.White.
2003年9月-2003年12月：GeotheInstitut,Berlin,Germany,德语学习.
2004年1月-2004年12月：Fritz-Haber-InstitutderMPG,Berlin,Germany,德国亚历山大.洪堡基金会洪堡客座研究人员.HostProfessor: Prof.Dr.RobertSchlögl.
2005年1月至今:中国科学技术大学化学物理系,教授.
2006年9月至今：合肥微尺度物质科学国家实验室（筹）责任研究员
研究方向  Researchdirection
1、催化化学
2、表面化学
3、材料化学
CURRENT RESEARCH PROJECTS
1.  Morphology effect on catalytic property of Cu2O nanocrystals, National Natural Science Foundation (2012-2015)
2.  Model systems for Au Catalysis, National Natural Science Foundation (2014-2017)
3. Synchrotron radiation study of crystal plane effect on metal-support interaction, National Natural Science Foundation (2014-2016)
4.  In-situ characterization and theory, 973 Project, MOST (2013-2017)
5.  Propylene epoxidation reaction, Chinese Academy of Sciences (2013-2017)
REPRESENTATIVE PUBLICATIONS
1. Weixin Huang, Crystal plane-dependent surface reactivity and catalytic property of oxide catalysts studied with oxide nanocrystal model catal-ysts, Topics in Catalysis (Invited review in a special memorial issue to Wayne Goodman),56 (2013): 1363-1376
2. Liangfeng Luo, Xiaofeng Tang, Wendong Wang, Yu Wang, Shaobo Sun, Fei Qi,* Weixin Huang*, Methyl Radicals in Oxidative Coupling of Me-thane Directly Confirmed by Synchrotron VUV Photoionization Mass Spectroscopy, Scientific Reports, 3 (2013): 1625
3. Qing Yuan, Zongfang Wu, Yuekang Jin, Lingshun Xu, Feng Xiong, Yunsheng Ma, Weixin Huang*, Photocatalytic Cross-coupling of Methanol-and Formaldehyde on a Rutile TiO2(110) Surface, Journal of the American Chemical Society, 135 (2013): 5212-5219
4. Huizhi Bao, Wenhua Zhang, Qing Hua, Zhiquan Jiang, Jinlong Yang*, Weixin Huang*, Crystal Plane-Controlled Surface Restructuring and Cat-alytic Performance of Oxide Nanocrystals, Angewandte Chemie International Edition, 50 (2011): 12294-12298

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题目:催化表面化学
讲座人:黄伟新 教授
中国科技大学
时间:2019年1月11日（周五）下午14:30-16:00
地点:厦门大学化学楼 601教室
嘉宾介绍：
中国科技大学学教授、博士生导师，国家杰出青年基金获得者，教育部长江特聘教授，主要从事固体表界面催化、新催化材料和绿色能源催化反应的研究，已发表论文SCI收录论文140余篇，获得授权国家发明专利10件。现任Applied Surface Science的Editor、Catalysis Letters/Topics in Catalysis/ Chinese Chemical Letters/中国科学-化学中英文等期刊的编委。

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近日我校化学与材料科学学院黄伟新教授收到德国亚历山大·冯·洪堡基金会正式通知，荣获2020年度“洪堡研究奖”（Humboldt Research Award）。亚历山大·冯·洪堡基金会是德国政府为了纪念自然学家亚历山大·冯·洪堡于1860年创建的基金会，以资助全世界各国优秀科学家和德国优秀科学家之间的学术合作而闻名。“洪堡研究奖”是洪堡基金会的核心奖项，不分学科地每年奖励不超过100名学术成就获得国际认可的科学家。黄伟新教授研究领域为固体表界面化学与多相催化，此次获奖得到了研究领域久负盛名德国马普学会Fritz-Haber研究所的所长、无机化学系主任Robert Schlögl教授和前所长、前化学物理系主任Hans-Joachim Freund荣休教授的联合提名。在“洪堡研究奖”资助下，黄伟新教授将赴德国马普学会Fritz-Haber研究所无机化学系开展为期6个月的学术访问。

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中国科学技术大学精准智能化学重点实验室、化学与材料科学学院黄伟新教授课题组研究了60Co-g射线驱动的室温甲烷二氧化碳水相反应，原创提出水的辐射催化作用概念实现室温甲烷二氧化碳羧基化生成乙酸。研究成果于3月13日以“Water Radiocatalysis for Selective Aqueous-Phase Methane Carboxylation with Carbon Dioxide into Acetic Acid at Room Temperature”为题发表在《J. Am. Chem. Soc.》上。
        化石能源的过度使用造成了甲烷和二氧化碳等温室气体的大量排放，对社会的可持续发展产生威胁。将温室气体作为碳资源转化为具有高附加值化学品是降低温室气体效应和实现碳资源循环利用的有效策略。乙酸是重要的化工中间体之一，目前工业上乙酸制备工艺主要依靠煤制甲醇法，该过程需要贵金属催化剂并且能耗极高。以CH4和CO2为原料直接制乙酸是原子经济比100%和同时转化两种主要温室气体到高值化学品的化学反应，但由于CH4和CO2的高稳定性，该反应非常具有挑战性，之前研究结果均未给出令人满意的活性和稳定性。大量文献结果表明在温和条件下CH4可以被羟基自由基(×OH)活化生成甲基自由基(×CH3)，同时CO2可以被电子活化生成×CO2-自由基，可以预期×CH3和×CO2-易于耦合生成CH3COOH，而水在g射线辐照下能够形成eaq-, H3O+, ×OH自由基以及少量的×H自由基。

         基于上述思路，利用化学与材料科学学院60Co源产生的g射线，黄伟新教授课题组研究了g射线辐照下CH4和CO2的室温水相反应，观察到乙酸的高选择性生成。在所研究的反应条件下，CH4生成CH3COOH和CO2生成CH3COOH最高选择性分别为96.9%和96.6%，对应的CH3COOH生成速率为10.1 µmol×h-1；CH3COOH的最高生成速率为121.9 µmol×h-1，对应地CH4生成CH3COOH和CO2生成CH3COOH的选择性分别为69.4%和84.1%。该反应性能敏感依赖于水的用量、CH4和CO2在水中的溶解量。
        机理研究结果表明：水辐照后产生的×OH自由基和CH4反应生成×CH3自由基，产生的eaq-和CO2反应生成×CO2-自由基，随后×CH3自由基，×CO2-自由基与H+耦合生成CH3COOH。CH4对×OH自由基的捕获稳定了eaq-，从而增强了CO2的活化；同时，CO2对eaq-的捕获稳定了×OH自由基，从而增强了CH4的活化。CH4+×OH和CO2+eaq-反应之间的这种相互促进作用导致水辐照后产生的×OH自由基和eaq-可以被更有效利用，从而使g射线驱动的水相CH4+CO2反应的CH4和CO2转化率显著高于g射线驱动的单个水相CH4或CO2反应。同时，水溶液中带负电荷的×CO2-和eaq-之间的反应在动力学上是不利的，因此促进了×CO2-自由基选择性的与×CH3自由基和H+反应生成CH3COOH。
        从反应机理可以看出，CH4和CO2之间的反应分别由水在g射线高能光子辐照下生成的羟基自由基和水合电子引发，而羟基自由基和CH4之间反应生成甲基自由基和水，因此水虽然参与反应，但在反应前后没有化学变化。所以，g射线驱动的水相CH4与CO2在室温下羧化为CH3COOH的反应是以H2O作为催化剂，g射线作为外加能源的催化反应。H2O辐照催化在本质上与热催化、电催化和光催化不同，代表着一类全新的催化作用。伽马射线驱动的H2O辐射催化也能有效的用于选择性催化C2H6、C3H8或C4H10与CO2的羧化反应产生有机酸。žOH自由基会优先攻击最弱的C-H键，形成烷基自由基，进一步与žCO2-自由基和H+结合形成丙酸、异丁酸、2-甲基丁酸。因此，g射线驱动的H2O辐射催化可以普遍用于碳氢化合物与CO2羧化选择性生成有机酸。该技术路线也获得国家授权发明专利（“一种使用伽马射线作为外加能源转化烷烃的方法”，ZL2022 1 1150692.9）。虽然g射线表现出强烈而危险的辐射效应，但是它正被大规模安全利用，是一种容易获得且可持续的能量。
文章第一作者是中国科学技术大学博士研究生方霏，共同第一作者是中国科学技术大学孙潇特任副研究员。该项研究得到了科技部、中国科学院、国家自然科学基金委员会、教育部等的支持。
         论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c14632