【以青年智慧，燃能源之光】NOVA of Energy Chemistry专刊：系列一

Topology-Based Machine Learning for Predicting Curvature Effects in Metal-Nitrogen-Carbon Single-Atom Catalysts

Ge-Hao Liang, Heng-Su Liu, Xi-Ming Zhang, Jian-Feng Li, Shisheng Zheng*

J. Energy Chem. 2025, 105, 608‒616

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095495625001706

金属-氮-碳（M-N-C）单原子催化剂广泛应用于多种能源催化反应，兼具高活性与低成本，具有重要应用潜力。近年来，曲率诱导应变被证明是调控 M-N-C 催化性能的有效手段，但其高维搜索空间使基于 DFT 的系统筛选计算代价极高。本文以一氧化氮电还原为例，构建了融合图神经网络与持续同调的机器学习框架，用于预测不同曲率模式下吸附能的响应关系，系统揭示了不同金属与配位环境中曲率调控吸附能的一般规律，筛选出多种具有优化潜力的催化剂。该方法可推广至晶格应变与表面应力等相互作用，为先进催化剂设计提供通用工具。

郑世胜，厦门大学能源学院，从事基于人工智能和第一性原理计算的电化学界面研究。以第一或通讯作者（含共同）在Nature、Nat. Commun. (2)、 J. Am. Chem. Soc. (7) 等高水平期刊发表论文，总被引3000余次，H指数23。入选福建省高层次人才，厦门大学南强青年拔尖人才。担任 J. Energy Chem.和 Chinese J. Struc. Chem.青年编委。

2023-2025年其他代表作：

1. Active phase discovery in heterogeneous catalysis via topology-guided sampling and machine learning. Nat. Commun. 2025, 16(1), 2542. DOI:

2.Cation-Induced Interfacial Hydrophobic Microenvironment Promotes the C–C Coupling in Electrochemical CO₂ Reduction. J. Am. Chem. Soc. 2024, 146(8), 5532–5542. DOI:

3. The Loss of Interfacial Water-Adsorbate Hydrogen Bond Connectivity Position Surface-Active Hydrogen as a Crucial Intermediate to Enhance Nitrate Reduction Reaction. J. Am. Chem. Soc. 2024, 146(39), 26965–26974. DOI:

Reduced humidity sensitivity of the perovskite fabrication via intermediate treatment enables stable perovskite solar cells

Hongyu Xu, Qixuan Zhong, Yongqiang Ji, Qiuyang Li, Haoming Yan, Yu Chen, Rui Zhu, Lichen Zhao*

J. Energy Chem. 2025, 106, 133‒141

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095495625001548

本工作创新提出了一种钙钛矿薄膜成膜过程中的中间处理策略，通过在退火前引入酞酰甘氨酰氯分子对湿膜进行处理，有效抑制了湿热条件下PbI₂在多晶钙钛矿薄膜晶界和埋底界面的生成。该策略显著降低了薄膜退火过程对环境湿度的敏感性，拓宽了可操作的湿度窗口，并同步提升了电池效率与光稳定性。基于该方法制备的FAPbI₃基钙钛矿太阳能电池效率达到26.1%，在持续光照1000小时后仍保持优异稳定性，为高效稳定钙钛矿电池的可重复制备提供了新思路。

赵丽宸，北京科技大学新材料技术研究院，研究员/博导，国家级青年人才，中国科协“青托”项目、北京市科技新星计划入选者，研究方向：新型光电材料与器件，包括钙钛矿及新型量子点材料与太阳能电池及光电探测器等。

2023-2025年其他代表作：

1. Harmonizing the bilateral bond strength of the interfacial molecule in perovskite solar cells, Nat. Energy, 2024,

2. Solvent-engineering-assisted ligand exchange strategy for high-efficiency AgBiS₂ quantum dot solar cells, Angew. Chem. Int. Ed., 2024,

3.  Metastable interphase induced pre-strain compensation enables efficient and stable perovskite solar cells, Energy Environ. Sci., 2025, https://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2024/EE/D4EE03801K

Regulating the Location of Metal Promoters in CuFe-Based Catalysts for Enhanced CO₂ Hydrogenation to Higher Alcohols

Qixin Fan, Na Liu, Jingming Zhao, Yang Yu, Yannan Sun, Yu Han, Jixin Zhang, Aimin Wang, Qingjie Ge, Jian Wei*, Jian Sun*

J. Energy Chem. 2025, 107, 31‒43

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S209549562500261X

我们利用金属阳离子沉淀行为（pH值）的差异性，实现了Zn/Al/Cr/In助剂在Cu-Fe双活性相中的精准定位，显著提升了CO₂加氢制高级醇的性能。掺杂位于Fe相中的Al或Cr助剂，能够有效抑制Fe相的过度碳化，并在Fe₃O₄与无定形FeC_x之间维持最优比例，从而展现出优异的催化活性和稳定性。相比之下，掺杂位于Cu相中的Zn或In助剂，则会导致更深入的碳化并生成更多晶态FeC_x，因而催化性能较差。其中，CuFeCr催化剂在此系列中表现出最高的高级醇时空产率，达到330 mg g_cat^-1 h^-1。

2023-2025年其他代表作：

1. J. I. Orege, G. A. Kifle, Y. Yu, J. Wei*, Q. Ge*, J. Sun. Emerging spinel ferrite catalysts for driving CO2 hydrogenation to high-value chemicals, Matter 2023, 6(5), 1404-1434.

2. N. Liu, Q. Fan, J. Wei*, G. Zhang*, J. Sun, W. Li, C. Song, X. Guo*. Fine-tuning the active phases of CoFe alloy carbides for boosting olefin synthesis from CO₂ hydrogenation, ACS Catal. 2025, 15, 179−192.

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3. N. Liu, J. Wei*, J. Xu, Y. Yu, J. Yu, Y. Han, K. Wang, J. I. Orege, Q. Ge*, J. Sun. Elucidating the structural evolution of highly efficient Co–Fe bimetallic catalysts for the hydrogenation of CO2 into olefins, Appl. Catal. B-Environ. 2023, 328, 122476.

Ultralow-coordinated Ni species boosting paired electrosynthesis of formate from waste plastic and carbon dioxide

Tao Chen, Qizhi Hu, Chao Wu, Mingdong Sun, Ping Fu, Xiaoling Liu, Yulong Li, Yu Zhou*, Shibo Xi*, Jun Wang*

J. Energy Chem. 2025, 107, 285‒295

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095495625002736

本工作构筑了Ni–O配位数~3的超低配位Ni位点，显著加速PET水解液中乙二醇（EG）阳极重整的关键质子脱嵌过程，并促进高活性*OH生成，从而提升EG选择性氧化制甲酸盐性能。在~600 mA cm^-2下实现7.4 mmol cm^-2 h^-1甲酸盐产率，法拉第效率（FE）大于90%；在MEA中2 A稳定运行100 h（FE~90%）。与富氧空位Vo-BiSnO阴极CO₂还原耦合，构建双极并行产甲酸盐体系，500 mA cm^-2下总FE达~172.7%，实现能耗降低与碳利用率提升，为塑料废弃物与CO₂协同高值转化提供可工程化路径。

周瑜，南京工业大学化工学院，教授，博士生导师。主要从事沸石分子筛方向研究，主持国家优青和江苏省杰青等科研项目10余项。在Science, Acc. Chem. Res.、Nat. Commun., Angew. Chem. Int. Ed.等期刊上发表SCI论文100余篇。获江苏省科学技术奖三等奖和中国石油和化学工业联合会-科技进步奖二等奖。

2023-2025年其他代表作：

1. An acidic co-hydrolysis route for hydrothermal synthesis of metal-doping zeolites, Acc. Chem. Res., 2025, 58, 2550−2561.

2. Covalent organic framework stabilized single CoN₄Cl₂ site boosts photocatalytic CO₂ reduction into tunable syngas, Angew. Chem. Int. Ed., 2025, 64, e202415202.

3. Carboxylated hexagonal boron nitride/graphene configuration for electrosynthesis of high-concentration neutral hydrogen peroxide, Angew. Chem. Int. Ed., 2024, 63, e202317267.

Suppression of light-induced phase segregation in all-inorganic wide-bandgap perovskite solar cells via molecular interaction design

Jing Yang, Yunlong Gan, Mengqi Han, Shiheng Wang*, Pengwei Li, Yiqiang Zhang*, Gang Li, Yanlin Song

J. Energy Chem.  2025, 108, 550‒557

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095495625003614

针对全无机宽带隙钙钛矿CsPbIBr2在光照下易发生相分离的问题，本文通过分子相互作用设计，引入基于马来酰亚胺骨架的衍生物分子调控结晶过程与缺陷状态。其中含Br衍生物分子可与I-和未配位Pb2+形成化学相互作用力，包括：氢键、离子键等，有效抑制光致相分离，改善薄膜形貌与载流子输运性能。优化器件实现 11.34% 的光电转换效率，并在持续光照 60 min 后仍保持 94% 的初始效率，展现出优异的光稳定性，为高效稳定宽带隙钙钛矿电池设计提供新策略。

张懿强，郑州大学化学学院，教授/博士生导师，从事钙钛矿光电材料结构设计与器件集成研究，中原英才计划—中原青年拔尖人才、河南省高校科技创新人才计划、河南省青年五四奖章获得者，曾获国家优秀自费留学生奖学金（驻美使馆）。

2023-2025年其他代表作：

1. Dual-mode molecular regulation of perovskite crystallization enables efficient and stable FAPbI₃ solar cells and modules，Adv. Mater.,

2. Achieving low-n value phases and unobstructed carrier transport toward high-performance quasi-2D perovskite solar cells and modules, Joule https://doi.org/10.1016/j.joule.2025.102079

3. Lead-chelating intermediate for air-processed phase-Pure FAPbI₃ perovskite solar cells, Angew. Chem. Int. Ed.,

Switching the Product Selectivity from Methane to Methanol in CO₂ Hydrogenation via Cu-Modified Vacancy Engineering at MoS₂ Edge Sites

Guanghui Zhang*, Xin Meng, Hao Wang, Zhiqun Wang, Hui Gao, Mingrui Wang, Chunshan Song, Xinwen Guo*

J. Energy Chem.  2025, 108, 286‒296

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095495625003535

二硫化钼（MoS₂）的边缘空位选择性地催化二氧化碳（CO₂）转化为甲烷（CH₄）。通过对边缘硫空位进行铜改性，将甲烷生成的活化能从79.1 kJ mol^-1提高到111.1 kJ mol^-1，从而抑制了甲烷的生成，同时促进了甲醇的合成，将表观活化能从82.1 kJ mol^-1降低至54.5 kJ mol^-1。2% Cu/MoS₂催化剂在220℃和5 MPa的条件下，甲醇生成速率达到7.88 mmol g^-1_MoS₂ h^-1（0.256 mmol m^-2_MoS₂ h^-1）。本研究为开发高性能的二氧化碳加氢催化剂提供了一种新思路。

张光辉，大连理工大学化工学院教授，博士生导师，郭新闻教授领衔 “兴辽英才计划”高水平创新创业团队核心成员。主要利用动态、原位光谱学方法研究二氧化碳等小分子催化转化反应中表界面活性位和表面动态结构。

2023-2025年其他代表作：

1. Engineering the Cu(0)−Co₂C interface via reaction-induced reconstruction for CO₂ hydrogenation to C₂₊ hydrocarbons. J. Am. Chem. Soc. 2025, 147, 42051‒42060.

2. Triple the steady-state reaction rate by decorating the In2O3 surface with SiO_x for CO₂ hydrogenation. J. Energy Chem. 2024, 95, 96‒105.

3. Stabilizing Co₂C with H₂O and K promoter for CO₂ hydrogenation to C₂₊ hydrocarbons. Sci. Adv. 2023,  9, eadg0167.  https://doi.org/10.1126/sciadv.adg0167

Narrow Bandgap Non-Fused Polymers Enable Efficient Organic/Quantum Dot Hybrid Solar Cells

Yuxin Kong, Huifeng Li, Bin Li, Du Li, Junjun Guo, Qing Zhou, Zhongyang Wang, Wanli Ma*, Jianyu Yuan*

J. Energy Chem.  2025, 109, 1‒7

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095495625003894

本工作开发了一系列非稠环聚合物分子(PCDOT-T/TT/H)，与无机钙钛矿量子点(PQD)构筑了高性能杂化光电材料体系。经研究发现，分子间相互作用力最弱的聚合物PCDOT-T与量子点共混后经一步涂覆后形成均匀的杂化本体异质结薄膜，实现了高效电荷分离与传输。最终有机-量子点杂化太阳能电池效率达13.11%，创同类器件纪录且稳定性优异。本工作首次研究了聚合物结晶性对有机-无机杂化材料形貌的影响，为发展高性能杂化光电器件提出了有效的材料设计思路。

袁建宇，苏州大学纳米科学技术学院/仿生界面材料科学全国重点实验室，教授，学院党委副书记、副院长，研究方向为有机-无机半导体光电材料与器件，发表SCI论文200篇，H因子61，授权中国发明专利 14项。

2023-2025年其他代表作：

1. Conductive colloidal perovskite quantum dot inks towards fast printing of solar cells, Nat. Energy, 2024,

2. In-situ entropic ligand engineering enables high-efficiency quantum dot solar cells, Nat. Commun., 2025,

3. Fast organic cation exchange in colloidal perovskite quantum dots toward functional optoelectronic application, J. Am. Chem. Soc., 2024,

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