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武志坚教授博士吉林省研究领域：储能,新材料,煤化工,石油炼制,石油化工,精细化工,生物医药研究方向：新型功能材料理论设计；催化反应机理；催化剂结构设计。所在单位：中国科学院长春应用化学研究所

基本信息

所在单位：

中国科学院长春应用化学研究所

单位类型：

科研机构

职称：

教授

最高学历：

博士

教育经历：

1982.09 - 1989.06，吉林大学物理系，本科
1986.09 - 1989.06，吉林大学物理系，硕士研究生
1997.09 - 2000.06，中国科学院长春应用化学研究所，博士研究生

工作经历：

工作经历
1989.06-1992.06，中国科学院长春应用化学研究所，稀土化学与物理重点实验室，研究实习员
1992.07-1997.06, 中国科学院长春应用化学研究所，稀土化学与物理重点实验室，助理研究员
1994.07-1995.08，瑞士Ciba Geigy AG 公司，材料设计研究所，访问学者
1997.07-1997.09，中国科学院长春应用化学研究所，稀土化学与物理重点实验室，副研究员
2001.01 – 2001.09, 美国Wayne State University, 化学系，博士后
2001.09 – 2003.01, 加拿大Dalhousie University, 化学系，博士后（Killam Postdoctoral Fellowship）
2005.08 – 2006.04，日本东北大学，金属材料研究所，访问学者
2010.06 – 2010.08, 日本国立物质科学研究所(NIMS)，计算材料中心，访问学者
2003.01 – 现在, 中国科学院长春应用化学研究所，稀土资源利用国家重点实验室，研究员

学习经历

专家介绍：

(1) La和La2O3助催化剂对CO2与CH4重整反应机理的影响。CO2与CH4均是温室气体，它们的重整化反应CH4 + CO2 → 2CO + 2H2不仅可以消耗温室气体，同时也可以产生合成气CO/H2用于后续的工业合成。对于纯金属Ni来说，其主要缺点是在催化过程中容易产生积炭，造成催化剂失活。在用La和La2O3进行修饰后，反应物以及中间体的吸附能明显增强，尤其是La2O3修饰的Ni(111)表面。同时CO2在La2O3修饰的Ni(111)表面的强吸附导致La2O3结构发生形变，生成复合中间体CO2(La2O2-O)。这个中间体的生成抑制了Ni(111)表面积炭的产生。主要的反应机理是CH4 + CO2 + La2O3 → CH + CO2(La2O2-O) + 3H → CHO + CO2(La2O2) + 3H →2CO + 2H2 + La2O3，决速步骤是CH4 → CH3+H。而La修饰的Ni(111)表面反应机理与纯Ni(111)相同。微动力学研究表明，在500-700 ºC范围内，修饰后的Ni(111)催化剂的反应速率明显高于纯Ni(111)，尤其是La2O3修饰的Ni(111)表面。覆盖度的研究表明，对于La修饰的Ni(111)表面，主要中间体是CH，而对于La2O3修饰的Ni(111)表面，主要中间体是CH3。同时La2O3修饰的Ni(111)对温度的变化更加敏感。(J. Catal., 2018, 364, 248-261).

(2) Ce助催化剂对Ni(111)表面CO与H2 反应影响的理论研究。在还原CO的过程中，Ni作为主要催化剂得到了人们关注，但是由于容易形成积炭和烧结，使得Ni的效率并不高。实验发现在Ni中加入助催化剂Ce可以有效降低反应温度，进而减小积炭和烧结现象的发生。因此我们对Ce掺杂的Ni(111)表面上CO还原的机理进行了研究。结果表明，在Ni表面引入Ce原子后，中间产物的吸附能力变强，特别是含O物种（CO、CHxO、CHxOH、OH和H2O）。通过计算反应势垒，发现在Ce-Ni(111)表面CO还原的反应路径为CO+3H2→CHO+5H→CH+H2O+3H→CH4+H2O。Ce-Ni(111)表面反应的决速步骤(H+OH→H2O)的能垒（1.18eV）低于纯Ni(111)表面（CO+H→CHO,1.36 eV）。因此Ce的引入提高了Ni对CO+H2→CH4+H2O反应的速率。微动力学研究表明，在保持反应速率不变的情况下，Ce的引入可以降低Ni(111)表面的反应温度约100ºC，这对工业生产具有重要的意义。除此之外，我们还发现Ce-Ni(111)在催化CO还原的过程中对温度比较敏感。(J. Phys. Chem. C 2016, 120, 23030−23043).

(3) 在Cu(111)和Ni(111)表面利用CH4分解生长石墨烯过程中H对初始成核的影响。实验研究发现H2能够影响甲烷的分解速度，从而影响石墨烯的生长速度。而H能够减缓甲烷在Cu表面的分解速度而对Ni的影响不大，因此为了探求其反应机理我们对甲烷在H预吸附的Cu和Ni表面进行了研究。计算结果表明在H预吸附的Cu表面，同时存在H的抽取反应（CHx+H→CHx-1+H2）和CHx的直接分解反应（CHx+H→CHx-1+2H），其中前者具有较高的能垒。而在Ni表面只存在CHx的直接分解反应。微动力学计算表明H的抽取反应即便在较高H的覆盖度下也难以发生，同时研究还发现H2的引入改变了CH4在Cu表面分解的关键中间产物（由CH转变为了CH3），而在Ni表面这种转变发生的条件是H2/CH4>1。进一步的研究指出H的引入能够降低C原子在Cu表面的聚合速度，略微提高其迁移速度，这使得C有足够的时间迁移到其稳定的位置上，这解释了为什么在较高的H2/CH4的情况下，Cu表面的石墨烯边缘非常规整。（Carbon，2014，74，255–265）.

(4) Cu@Pt合金表面的氧化还原反应（ORR）的机理研究。实验发现Cu@Pt合金作为燃料电池的阴极具有很高的耐性和催化活性。所以为了解释Cu@Pt合金如何促进ORR反应，我们对Cu@Pt的(111)和(100)表面的ORR反应进行了研究。结果表明Cu的引入会改变ORR在Pt(111)上的反应机理，降低反应的决速步骤能垒从而提高其催化活性。而在Pt(100)上Cu的引入阻碍了反应的进行。此外我们对两种表面上的外电势进行了研究，发现在Cu@Pt表面在较低电势（U<0.39V）下会保持很好的活性。因此在实验上提高Cu@Pt(111)面的比例可以进一步促进Cu@Pt催化活性。(J. Mater. Chem. A, 2015, 3, 11444 –11452).

(5) MNC (M=Fe和Co)衬底与NiO间协同效应对氧析出反应（OER）的强化。实验研究发现在N掺杂的石墨烯中引入过渡金属Fe和Co可以有效提高表面NiO催化剂对OER的反应活性。为了进一步证实这种衬底和催化剂间的协同效应对催化活性的影响，我们对MNC/NiO（M=Fe和Co）和NC/NiO体系进行了研究。结果表明，金属的引入可以降低所有基元反应的能垒，所以MNC与NiO间的协同效应提高了OER的反应活性。对于FeNC/NiO来说， OER的决速步骤的反应活性要高于CoNC/NiO，这与实验观测到FeNC/NiO具有较高活性的现象一致。(Angew. Chem. Int. Ed., 2015, 127, 10530–10534)

科研能力

研究领域：

储能,新材料,煤化工,石油炼制,石油化工,精细化工,生物医药

研究方向：

新型功能材料理论设计；催化反应机理；催化剂结构设计。

中文标签：

非线性光学;输运理论;二聚体;选择催化还原;演化算法;反应机理;钙钛石;扫描隧道显微镜;Pd催化;第一性原理

英文标签：

Density Functional Theory;Electron Correlation;Spin-orbit Coupling;Half Metal;Reaction Mechanism;Electron Doping;Spintronic;Half-metal;Oxygen Reduction Reaction;Ba2fereo6

论文著作：

1. Crystal Structures and Elastic Properties of Superhard Irn2 and Irn3 from First Principles
Zhi-jian Wu; Er-jun Zhao; Hong-ping Xiang; Xian-feng Hao; Xiao-juan Liu; Jian Meng
PHYSICAL REVIEW B, 2007

2. High Performance Platinum Single Atom Electrocatalyst for Oxygen Reduction Reaction
Jing Liu; Menggai Jiao; Lanlu Lu; Heather M. Barkholtz; Yuping Li; Ying Wang; Luhua Jiang; Zhijian Wu; Di-jia Liu; Lin Zhuang; Chao Ma; Jie Zeng; Bingsen Zhang; Dangsheng Su; Ping Song
Nature communications, 2017

3. Characterization and Application of Chars Produced from Pinewood Pyrolysis and Hydrothermal Treatment
Zhengang Liu; Fu-Shen Zhang; Jianzhi Wu
Fuel, 2009

4. Engineering Energy Level of Metal Center: Ru Single-Atom Site for Efficient and Durable Oxygen Reduction Catalysis.
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; Wei Xing
Journal of the American Chemical Society, 2019

5. Synergistic Effect Between Metal-Nitrogen-Carbon Sheets and NiO Nanoparticles for Enhanced Electrochemical Water-Oxidation Performance.
Jun Wang; Kai Li; Hai-xia Zhong; Dan Xu; Zhong-li Wang; Zheng Jiang; Zhi-jian Wu; Xin-bo Zhang
Angewandte Chemie International Edition, 2015

6. Boosting Thermo-Photocatalytic CO2 Conversion Activity by Using Photosynthesis-Inspired Electron-Proton-transfer Mediators
Yingxuan Li; Danping Hui; Yuqing Sun; Ying Wang; Zhijian Wu; Chuanyi Wang; Jincai Zhao
Nature Communications, 2021

7. A Hollow‐Structured CuS@Cu2S@Au Nanohybrid: Synergistically Enhanced Photothermal Efficiency and Photoswitchable Targeting Effect for Cancer Theranostics
Xiaoran Deng; Kai Li; Xuechao Cai; Bin Liu; Yi Wei; Kerong Deng; Zhongxi Xie; Zhijian Wu; Ping'An Ma; Zhiyao Hou; Ziyong Cheng; Jun Lin
ADVANCED MATERIALS, 2017

8. Kinetics and Thermodynamics of the Organic Dye Adsorption on the Mesoporous Hybrid Xerogel
ZJ Wu; K Lee
Chemical Engineering Journal, 2005

9. Bridge Bonded Oxygen Ligands Between Approximated FeN4 Sites Confer Catalysts with High ORR Performance
Liyuan Gong; Hao Zhang; Ying Wang; Ergui Luo; Kui Li; Liqin Gao; Yuemin Wang; Zhijian Wu; Zhao Jin; Junjie Ge; Zheng Jiang; Changpeng Liu; Wei Xing
Angewandte Chemie International Edition, 2020

10. Low-compressibility and Hard Materials ReB2 and WB2: Prediction from First-Principles Study
Xianfeng Hao; Yuanhui Xu; Zhijian Wu; Defeng Zhou; Xiaojuan Liu; Xueqiang Cao; Jian Meng
Physical Review B, 2006

科研项目：

1. 5d过渡金属氮化物的晶体结构及弹性性质第一性原理研究
立项时间: 2008-2010 项目经费：260000

2. 蓝光过渡金属配合物的结构设计与性质调控
立项时间: 2013-2016 项目经费：780000

3. 半金属化合物中基本物理问题探讨
立项时间: 2010-2012 项目经费：500000

基本信息

科研能力

推荐专家