曹佩珂赴美国参加学术会议及学术访问总结
应美国化学会组委会和哥伦比亚大学化工系陈经广教授的邀请，曹佩珂博士于2025年3月23日至31日赴美国圣地亚哥参加美国化学会年会ACS SPRING 2025学术会议并作口头汇报，以及学术合作访问哥伦比亚大学化工系，严格按照出访前计划与学校相关规定进行。
美国化学会年会是化学领域最高水平国际学术会议之一，聚集世界各地学术界和工业领域的专家和学者及行业人士，共同交流分享化学领域最新研究成果，开展国际合作探讨。是世界上影响力最大，涉及范围最广，参与人员最多的学术年会。该会议每年举办两次，分为春季和秋季会议，此次春季会议于2025年3月23日至27日召开。ACS SPRING 2025会议由四十多个部门或委员会设置了三百多个议题，涉及内容包括纳米界面化学、催化动力学、物理化学统计力学：理论与模拟、分子模拟的机器学习、可持续电催化、CO2电催化、环境纳米材料与应用、PFAS处理与修复、高能电池前沿、原位光谱学、环境化学与技术前沿、纳米限域化学、纳米限域均相催化、膜分离技术、高级氧化技术等。
重点听取了“The Role of Fundamental Interfacial Processes in Electrocatalysis: Atomic-Scale Understanding and Control of Electrocatalytic Interfaces”、“High Entropy Materials for Catalysis”两个议题的汇报。熵在催化中起着关键作用，近期高熵材料的进展激发了人们对熵稳定系统在催化中应用的广泛兴趣，其中增强的构型熵为定制高熵材料的结构和性质提供了无限可能。本次研讨会汇报内容包括1）高熵材料的合成与结构调控；2）高熵材料在催化中的应用；3）高熵材料的原位表征技术；4）高熵材料促进的催化过程的计算研究。来自加州大学洛杉矶分校Jianwei Miao利用原子电子断层扫描技术确定了11种用于电化学氧还原反应的铂合金纳米催化剂的3D局部原子结构、表面形态和化学成分。通过第一性原理训练的机器学习，得到的3D原子坐标识别纳米催化剂的活性位点，并通过电化学测量验证。来自得克萨斯大学奥斯汀分校的Joaquin Resasco教授报告了电解质阳离子的界面浓度如何影响催化活性。他们开发了一种物理模型来解释这些现象。催化剂表面的电场对电解质阳离子的种类非常敏感，这种界面电场改变了反应的能量学，从而影响催化性能。界面阳离子浓度的作用与阳离子的种类和电极电位密切相关，显著影响电催化反应的速率和选择性。弗吉尼亚大学的Matthew Neurock教授报告了阳离子和阴离子对选择性电催化还原CO2的影响，他们研究了阳离子、阴离子以及溶液对不同金属上CO2电催化还原的影响。激活CO2所需的强还原条件可能导致阳离子和阴子在电极表面附近形成特定排列，创造出独特的三维反应环境，从而稳定关键的电子和质子传递步骤以及化学转化。通过电位依赖性从头算分子动力学模拟和传统密度泛函理论计算，观察阳离子在离子液体和极性非质子溶液中对CO2活化和还原的影响，选择性生成CO或甲酸。发现OH-具有独特性，它能够特异性吸附到金和铜电极上，降低过电位。来自麻省理工大学的Yang Shao-Horn教授报告了非共价相互作用提高电化学CO2还原活性和选择性，他们发现更酸性的碱阳离子的水合壳可以通过更快的质子耦合电子转移来增强二氧化碳到甲烷的动力学。本分会场聚焦界面结构调控对电催化活性与选择性的作用机制，结合电化学动力学分析与原位表征技术的最新进展，系统解析了表界面构效关系的动态演变规律。通过跨尺度研究方法与理论模拟的有机结合，为深化电催化反应机理认知和技术创新提供了新的理论支撑。
参与了“Electrified Wastewater Management: Electrified Management of Emerging Contaminants”分会场，并作了题为In Situ Electrochemical Production of Hydrogen Peroxide for Decontaminating High-Salinity Wastewater的口头报告。介绍了在电催化氧还原合成H2O2的最新成果以及电芬顿技术在高盐废水处理的应用。会后，与来自工业界的Mauricio Rojas博士就电催化合成H2O2过程催化材料制备、活性位点调控、电极稳定性等问题进行深入探讨。
在本次学术会议期间，我重点参与了Environmental Chemistry、Catalysis Science & Technology分会场的专题研讨，系统梳理了催化材料设计、能源转化机制及污染物降解技术等领域的前沿进展。通过对比分析多国研究团队针对析氢/析氧反应选择性调控、活性位点稳定性提升等共性科学问题的多元研究视角与创新解决方案，重点研习了国际顶尖团队在表界面调控、原位表征等方向的技术突破与实践经验。期间与相关领域学者围绕电催化反应动力学优化、稳定性提升等关键问题展开深度研讨，就原位光谱解析双电层动态重构、机器学习辅助催化剂筛选等前沿方法进行了深入交流。
哥伦比亚大学（Columbia University in the City of New York）作为常春藤盟校（Ivy League）的核心成员，2025年U.S.News世界大学排名位列全球第9。该校以卓越的科研创新能力著称，尤其在能源催化领域汇聚了世界级学术资源。本次访问对象陈经广教授是该校化学工程系Thayer Lindsley讲席教授、美国国家工程院院士，同时担任布鲁克海文国家实验室同步加速器催化联盟主任，其团队长期引领能源催化领域的前沿探索。陈教授的研究体系横跨热催化、电催化及等离子体催化三大方向，聚焦可再生能源转化中的关键科学挑战。他创新性地构建了"多尺度催化研究范式"，通过实验与密度泛函理论计算的深度耦合，在原子层面阐明反应机制；开发双金属/碳化物复合催化剂体系，突破贵金属依赖瓶颈。提出等离子体-催化剂协同活化新机制，阐明CO₂/N₂在非平衡态下经金属氧化物界面转化的动态路径，为绿氨合成开辟新技术路线。访问期间深度参与课题组科研活动：系统学习了考察程序升温还原表征等多种原位表征平台，掌握等离子体催化材料可控合成工艺及新型微通道电催化反应装置的创新设计，并与团队成员围绕实验参数优化、表征数据解析等关键技术环节展开学术研讨与技术交流。通过参与课题组学术研讨与实验进展分析会议，深入理解了从原子尺度机理研究到工业级催化剂开发的转化逻辑，同时通过观摩其团队研究生培养模式，系统提升了跨学科课题指导与实验设计能力。依托前期在电催化研究领域的合作基础，双方就综述论文的框架设计展开深入探讨，探讨了后续合作内容，为深入国际化合作打下了基础。
