EES催化2025杰出论文

《EES Catalysis》：EES Catalysis 2025 Outstanding Papers

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我们很高兴地宣布推出《EES Catalysis》优秀论文评选。这个奖项旨在表彰在该期刊上发表的杰出研究成果，并通过每年评选一篇杰出论文和一篇杰出评述来表彰作者的贡献。这些论文由编辑部根据一系列指标从入围名单中选出。期刊的编辑委员会和顾问委员会会基于论文所呈现的科学价值和潜在影响进行评审和投票。主编在充分考虑委员会成员的意见后，最终确定获奖论文。我们非常荣幸地向这些做出杰出贡献的作者表示祝贺。

**2025年《EES Catalysis》杰出论文**

**反向气体扩散电极实现从二氧化碳电还原中收集高纯度气体产品**

作者：吴波、拉克希米·德维·沃莱蒂（Lakshmi Devi Voleti）、艾丹·Q·芬威克（Aidan Q. Fenwick）、吴超（Chao Wu）、张吉光（Jiguang Zhang）、凌宁（Ning Ling）、王萌（Meng Wang）、贾月文（Yuewen Jia）、周文伟（Weng Weei Tjiu）、张明生（Mingsheng Zhang）、扎伊努尔·阿卜丁（Zainul Aabdin）、席世波（Shibo Xi）、昌纳马利卡尔琼·S·马特帕蒂（Channamallikarjun S. Mathpati）、张穗（Sui Zhang）、哈里·A·阿特沃特（Harry A. Atwater）、伊夫特哈尔·A·卡里米（Iftekhar A. Karimi）和卢姆彦伟（Yanwei Lum）

“本文介绍了一种‘反向’气体扩散电极设计，该设计能够实现连续收集高纯度的气体产品，用于二氧化碳的电化学还原。通过利用电解质压力和优化的孔结构，作者们在76小时内实现了稳定的、耐氧的合成气生产，全电池能量效率达到了37%。这项工作非常重要，因为它为经济可扩展的二氧化碳电还原提供了一条可行路径，同时消除了对能耗较高的后续分离过程的需求。”——《EES Catalysis》主编 齐章（Shizhang Qiao）

我们采访了作者们，讨论了他们的研究工作。你认为这篇论文的哪个部分将产生最大的影响？虽然可以将二氧化碳（CO2）电还原为化学物质，但必要的分离步骤会导致较高的运营成本和工艺复杂性。我们提出的反向气体扩散电极概念能够高纯度地收集CO2还原产物，并消除额外分离步骤的成本，从而为大规模应用CO2电还原提供了解决方案。完成这项研究过程中最具挑战性的部分是什么？最大的挑战在于确定气体产物传输的阻力。解决这个问题需要精心设计干燥气体渗透实验并准确计算气体通量，以确保观察到的趋势确实是系统本身的特性。这项研究的下一步是什么？基于现有工作，未来的努力将集中在扩大这一概念的规模，并将其整合到一个实用的热催化平台上，将高纯度合成气转化为高附加值产品。同时，我们还将探索这一策略在其他能源和可持续发展相关转化中的应用潜力。

**2025年《EES Catalysis》杰出评述**

**等离子体催化：创造协同效应需要什么？**

作者：乔兰·范·特恩豪特（Joran Van Turnhout）、凯文·鲁文霍斯特（Kevin Rouwenhorst）、莱昂·莱弗茨（Leon Lefferts）和安妮米·博加茨（Annemie Bogaerts）

“这篇综述及时而深入地揭示了阻碍等离子体过程与催化剂之间真正协同效应的根本障碍。文章指出了机理理解上的差距、催化剂材料与等离子体环境之间的不匹配、逆反应造成的能量损失以及反应器设计上的缺陷。作者强调了严格测量和报告标准的必要性，并提出了超越传统催化剂的有前景的等离子体-材料组合，为这一快速发展的领域指明了方向。”——《EES Catalysis》主编 齐章

作者乔兰·范·特恩豪特、凯文·鲁文霍斯特、莱昂·莱弗茨和安妮米·博加茨接受了我们的采访，回答了几个问题。您认为这篇评述中最重要的见解或结论是什么？随着等离子体催化在可持续化学应用领域的流行，越来越多的研究声称存在等离子体-催化的协同效应。然而，该领域尚未在能量效率上取得实质性改进，无法与其他技术（如热催化和电催化）竞争，用于化学品和燃料的合成。我们认为这是由于对基础过程缺乏理解，而且最近的研究往往只是随意提高复杂系统的性能，而没有真正加深对等离子体催化的理解。此外，结果往往没有基于严格的正确测量进行透明报告。因此，在这篇综述中，我们指出了等离子体催化提高能量效率的主要障碍以及可能的克服途径。我们认为，其中一个重要的见解是，在许多使用的等离子体催化系统中，特别是在没有外部加热的系统中，等离子体化学作用可能超过了任何可能的催化效应。这主要是因为活性等离子体物种（如振动激发物种和自由基）与催化表面之间的相互作用非常微弱，由于这些物种的浓度低和/或在多孔催化剂颗粒中的寿命短，导致扩散距离短。这意味着，如果不调整等离子体条件，寻找合适的催化剂材料将无法取得成果。此外，催化剂颗粒之间的空隙尺寸较小也可以增加等离子体-催化剂之间的相互作用，从而提高催化剂在整个过程中的贡献。目前该领域研究人员面临的最大挑战是什么？等离子体催化本质上是跨学科的，因为等离子体物理、等离子体化学、表面化学、异相催化、材料工程和催化反应器工程在等离子体催化系统中紧密相连。这使得这一课题特别具有挑战性，尤其是因为大多数研究小组要么具有（热）催化、等离子体物理或等离子体化学背景。例如，在催化研究中，等离子体常常被当作一个“黑箱”，而对等离子体的深入电学表征往往不足，而这通常可以解释观察到的性能趋势。相反，异相催化的化学工程方面在等离子体研究中往往未被考虑。然而，这一挑战也为跨学科合作带来了巨大机会。不幸的是，该领域也面临着自身的重复性危机，主要是由于缺乏标准化，有时 also 由于分析错误，例如在没有考虑气相和液相中所有反应物和产物的质量平衡的情况下，高估了氧化物的选择性。这阻碍了不同研究小组之间的严格数据比较。为了确保该领域的完整性，我们认为应对观察结果和解释中的差异进行更批判性和透明的讨论。您希望读者从这篇评述中获得什么？目前，该领域的大多数研究，包括我们自己的小组，都集中在通过在同一等离子体配置下测试不同的热催化剂来找到适合填充床介电屏障放电反应器的催化剂。我们希望我们的观点能清楚地表明，如果我们想显著提高能量效率，就不能将等离子体视为一个黑箱。监测等离子体和调节激发物种的分布至关重要，而在该领域这一点尚未得到充分探索。我们认为我们需要摆脱填充床介电屏障配置，打破思维定势才能取得重大进展。此外，等离子体不仅激发反应物，还激发产物；为了实现高转化率和足够的能量效率，需要将等离子体转化与产物分离结合起来。最后，包括产物分离和热集成在内的过程设计对于实现基于等离子体催化的化学品和燃料的实用工艺至关重要。总体而言，我们希望我们提出的一些解决方案能为该领域的其他研究人员提供起点。我们已经基于这一观点与许多同事进行了富有成果的讨论，并希望继续保持这样的交流。我们向2025年优秀论文的作者表示最诚挚的祝贺，他们的工作将继续推动催化领域的发展。我们期待在未来几年看到更多杰出的研究成果。

**作者简介**

**2025年《EES Catalysis》杰出论文：反向气体扩散电极实现从二氧化碳电还原中收集高纯度气体产品**

吴波（Bo Wu）2018年获得中国江南大学的学士学位，2021年获得天津大学的硕士学位。他目前是新加坡国立大学（NUS）化学与生物分子工程系的博士生，师从卢姆彦伟（Yanwei Lum）教授。他的研究专注于电化学驱动的小分子转移。拉克希米·德维·沃莱蒂（Lakshmi Devi Voleti）2019年获得印度查伊塔尼亚·巴拉蒂理工学院（CBIT）的学士学位，2021年获得比尔拉科技与科学学院（BITS）的硕士学位，2025年获得新加坡国立大学（NUS）的硕士学位。她的研究涉及电化学二氧化碳还原系统的过程建模、技术经济可行性和环境性能，应用于碳纳米管生产和电解槽电极设计。艾丹·Q·芬威克（Aidan Q. Fenwick）目前是加州理工学院的博士生，师从哈里·阿特沃特（Harry Atwater）教授。他的研究专注于将二氧化碳转化为化学品和燃料的催化剂设计。吴超（Chao Wu）2017年获得中国四川大学的学士学位，2020年获得硕士学位，随后在四川大学师从吴家刚（Jiagang Wu）教授完成材料物理与化学博士学位。2023年至2024年间，他作为A*STAR奖学金的访问博士生在新加坡同步辐射光源工作，师从席世波（Shibo Xi）博士。他目前是成都理工大学的讲师，研究方向是基于同步辐射的X射线吸收精细结构（XAFS）光谱技术，应用于电催化水分解制氢、二氧化碳还原和锂电池研究。张吉光（Jiguang Zhang）2018年获得中国哈尔滨工业大学的学士学位，2021年获得厦门大学的硕士学位，目前是新加坡国立大学化学与生物分子工程系的博士生，师从卢姆彦伟教授。他的研究兴趣包括理解电化学硝酸盐还原为氨以及二氧化碳还原为化学品/燃料的机制。凌宁（Ning Ling）2022年获得韩国成均馆大学的博士学位，随后作为博士后研究员加入新加坡国立大学。她的研究专注于二维（2D）材料电子器件及其在电催化中的应用，包括氢气演化反应（HER）和电化学二氧化碳还原。王萌（Meng Wang）2019年获得中国太原理工大学的学士学位，2022年获得重庆大学的硕士学位，目前是新加坡国立大学化学与生物分子工程系的博士生，师从卢姆彦伟教授。他的研究专注于将烟道气体中的稀释二氧化碳直接转化为化学品和燃料的催化剂设计。贾月文（Yuewen Jia）2019年获得北京师范大学的环境科学学士学位，2021年获得韩国高等科学技术院（KAIST）的环境工程硕士学位，2025年在新加坡国立大学获得化学工程博士学位，师从张穗教授。她目前是新加坡国立大学的博士后研究员，研究方向是膜分离技术，特别是气体分离和有机溶剂纳米过滤。周文伟（Weng Weei Tjiu）是材料研究与工程研究所的高级专家。张明生（Mingsheng Zhang）是材料研究与工程研究所的高级专家。扎伊努尔·阿卜丁（Zainul Aabdin）首先在阿拉哈巴德大学获得物理学硕士学位，然后在印度坎普尔理工学院获得材料科学硕士学位，之后在德国蒂宾根大学完成应用物理学博士学位。随后他作为博士后研究员加入新加坡国立大学，后来成为A*STAR材料研究与工程研究所的研究科学家和组长。他的研究兴趣包括先进的透射电子显微镜、纳米级制造、原位液相和气相研究以及人工智能辅助的显微镜分析技术。沈波西（Shibo Xi）在中国科学院高能物理研究所的北京同步辐射设施（BSRF）获得了光学博士学位。2012年，他加入了新加坡科技研究局（A*STAR），目前担任A*STAR化学、能源与环境可持续发展研究所（ISCE2）的资深科学家二级。他的研究重点是利用同步辐射进行材料表征，特别是X射线吸收精细结构（XAFS）光谱分析。

钱纳马利卡君·S·马特帕蒂（Channamallikarjun S. Mathpati）于2004年获得学士学位，并于2010年获得博士学位。他目前是孟买化学技术学院的副教授，研究领域包括计算与实验流体力学、多相反应器设计、过程建模与仿真以及高温腐蚀。

张栩（Sui Zhang）2008年从复旦大学获得学士学位，2012年在新加坡国立大学获得博士学位。自2024年起，她担任新加坡国立大学化学与生物分子工程系的副教授，研究方向涵盖纳米多孔石墨烯和微孔聚合物膜以及新兴膜材料的传输特性。

哈里·A·阿特沃特（Harry A. Atwater）1982年从麻省理工学院获得学士学位，随后在加州理工学院分别于1983年和1987年获得硕士和博士学位。自2021年起，他担任Liquid Sunlight Alliance的负责人，研究领域包括量子与纳米光子学、超材料与超表面、人工光合作用、二维材料、纳米与微结构光伏技术、空间太阳能发电以及等离子体学。

伊夫特卡尔·A·卡里米（Iftekhar A. Karimi）1980年从印度理工学院孟买分校获得学士学位，1982年和1984年分别在普渡大学获得硕士和博士学位。他目前是新加坡国立大学化学与生物分子工程系的教授，研究兴趣包括系统建模与优化、能源系统与效率、供应链规划、石油与天然气领域以及系统生物学。

卢姆·延伟（Yanwei Lum）2012年在伦敦帝国学院获得材料科学与工程学士学位，2018年在加州大学伯克利分校获得博士学位。之后，他前往多伦多大学担任博士后研究员，2021年底起任新加坡国立大学校长青年助理教授，研究方向包括电化学二氧化碳转化、电有机化学以及氨的生产与利用。

**《EES Catalysis 2025》杰出文章：**

**等离子体催化：如何实现协同效应？**

约兰·范特恩霍特（Joran Van Turnhout，1998年，安特卫普大学化学硕士学位）在攻读硕士学位期间，曾在法国卡昂的催化与光谱化学实验室进行科研工作，运用原位红外光谱技术研究等离子体催化现象。目前，他在安特卫普大学和埃因霍温理工大学联合攻读等离子体催化二氧化碳氢化方向的博士学位，导师为安妮米·博加茨（Annemie Bogaerts）教授和埃米尔·亨森（Emiel Hensen）教授。他对等离子体环境中的催化剂原位表征有浓厚兴趣，致力于结合热催化与等离子体化学的知识，以促进对等离子体催化的理解，尤其是其在二氧化碳利用方面的应用。完成博士学位后，他计划继续开展这项研究，并持续强调跨学科合作的重要性。

凯文·鲁文霍斯特（Kevin Rouwenhorst，1995年，特文特大学硕士和博士学位）因硕士学位论文获得KHMW气体工业领域一等奖。他随后在特文特大学继续开展“等离子体催化氨合成”方面的研究，导师为L·莱弗茨（Ir. L. Lefferts）教授。他的研究成果被收录在博士论文中，并在多个氨能会议及等离子体化学会议上展示。他发表了多篇学术论文、书籍章节以及百科全书文章，并申请了专利。他在特文特大学以最高成绩（前5%）获得博士学位。此外，他还是国际可再生能源机构（IRENA）和氨能协会（AEA）联合发布的《创新展望：可再生氨》报告的首席作者，以及《低排放氨生产和利用》（2026年，英国皇家化学会出版）一书的唯一作者。目前，他在氨能协会担任技术主管，并在特文特大学担任工业研究员。

**莱昂·莱弗茨（Leon Lefferts，1960年，特文特大学硕士和博士学位）**曾获得荷兰皇家化学学会颁发的催化奖（1987年）。加入DSM公司后，他先后担任研究科学家、项目负责人和高级科学家，并于1999年被任命为特文特大学正教授。他曾担任东京工业大学和阿尔托大学的访问教授，并于2008年和2025年获得常州市大学的荣誉教授称号。他指导过40多名博士生，发表了超过270篇同行评审论文，h-index为70。研究方向涵盖稳定分子的活化（包括等离子体催化）、液相异相催化、膜反应器及氧化还原材料。目前，他共同主持特文特大学化学工程系的各项工作。

**安妮米·博加茨（Annemie Bogaerts，1971年，安特卫普大学化学硕士和博士学位）**自2012年起担任特文特大学正教授，负责领导“可持续性与医学应用等离子体实验室”（PLASMANT）的建立与发展。该实验室目前拥有约50名成员，她的研究领域包括等离子体化学、等离子体反应器设计及等离子体-表面相互作用，主要应用于可持续化学（如化学反应的电化、等离子体催化）和医学（如癌症治疗）。自1995年以来，她发表了700多篇同行评审论文，引用次数超过40,000次，h-index为97（Web of Science数据），在Google Scholar中引用次数超过55,000次，h-index达116。她共计进行了近300次受邀演讲，指导过70多名博士生（截至2025年），目前指导30名博士生（包括多名联合培养的博士生）和15名博士后研究员。她担任15种期刊的编委会成员，并参与编辑了24期特刊。她还组织过多次学术会议，并荣获多项荣誉奖项。曾担任国际等离子体化学学会（IPCS，约600名成员，2014–2023年）董事会成员、IPS副主席（2020–2022年）及IPS主席（2022–2023年）。同时，她是欧洲学术院（Academia Europaea，2011年起）和比利时科学与艺术皇家学院（2012年起）的成员。