華中青年材料學家，付磊、翟天佑、王雙印、鄧鶴翔、賴延清等近期成果

江山代有才人出，長江后浪推前浪。科研大佬們光環奪目，材料新星們也氣勢如虹。本期為大家介紹華中地區一些科研成果突出的青椒們。同時也為武漢加油！

武漢大學 付磊教授

付磊老師2001年畢業于武漢大學，之后加入中科院化學所，跟隨劉云圻院士和朱道本院士攻讀博士學位。2006年在美國Los Alamos國家實驗室進行博士后研究，2007到2011年在北京大學與劉忠范院士合作進行研究，任副研究員。 2009年在日本理化學研究所 (RIKEN)合作研究，2011年赴德國萊布尼茨固態和材料研究所 (IFW)進行合作研究。 2011年加入武漢大學化學與分子科學學院任教授。 國家優秀青年基金，杰出青年基金獲得者。付磊教授已經發表SCI論文150余篇，包括Nat. Mater.、Nat. Commun.、Adv. Mater.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Acc. Chem. Res.、Chem. Rev.、Chem等。

主要研究方向： 以電子信息、能源領域的應用需求為導向，著力研究石墨烯等二維材料及其異質結的可控生長、組裝問題。目前著眼于二維材料的原子制造及新興應用，在原子制造、液態金屬與新生命體三個方面持續發力。

實驗室主頁：

http://cn.leifu.whu.edu.cn/info/1175/3133.htm

代表性成果：

1. 二維納米材料的共生現象。Twinned growth behaviour of two-dimensional materials. Common.，2016, 7, 13911。第一作者為張濤博士。

簡介：二維納米材料盡管可以用來制造異質結構和超晶格材料，但在二維納米材料迅速出現的區域中，孿生生長行為仍未被探索。作者們演示了如何利用兩個二維材料之間的孿生生長關系來構造垂直堆疊的異質結構。作者們實現了構成ReS₂/WS₂垂直異質結構的兩個過渡金屬二硫化物層的100％重疊。此外，堆疊結構的晶體尺寸比以前的報道大一個數量級。這種纏結的過渡金屬二硫化物垂直異質結構在光學、電子和催化應用中顯示出巨大的潛力。孿生生長的簡單性可用于擴展其他異質結構或二維材料超晶格的制造，并且該策略可被視為在二維范德華異質結構新興領域研究的一種助力技術。

圖一 ReS₂/WS₂共生垂直異質結構的結構表征（Nat. Common.，2016, 7, 13911）

2. 通過球徑工程進行二維材料的帶隙調諧。Bandgap tuning of two-dimensional materials by sphere diameter engineering. Nat. Mater. DOI：10.1038/s41563-020-0622-y。

簡介:?開發一種精確且可再現的帶隙調諧方法，以實現量身定制的材料設計，對于光電器件至關重要。為此，作者們報告了一種球徑工程（SDE）技術，用于處理二維（2D）材料的帶隙。在高達360 meV的連續范圍內，在MoS₂的帶隙和球直徑之間建立了與理想線性工作曲線的一一對應關系。由于球體的各向同性特性，所有生長的MoS₂晶體都實現了完全均勻的帶隙調諧。更有趣的是，通過構造正曲率或負曲率，帶隙的減少和增加都可以實現。通過融合處于熔融狀態的單個球體，可以實現支持的2D材料的合成后帶隙調整。這種SDE技術具有很高的精度，均勻性和可重復性，并且效率很高，可以進一步加速2D材料的潛在應用。

圖二 2D材料晶格變形的發生（Nat. Mater. DOI：10.1038/s41563-020-0622-y）

武漢大學 鄧鶴翔

鄧鶴翔教授于2007年在復旦大學（師從趙東元院士）畢業后進入UCLA攻讀博士，師從Omar M. Yaghi教授。2011年取得博士學位之后在Lawrence Berkeley國家實驗室從事博士后研究。2013年加入武漢大學任教授。

研究領域包括：1.?MOF與COF基材料的設計與合成； 2. CO₂的捕獲與轉化；3.?儲氫材料；4.?天然氣的富集與存儲；5. 光動力治療；6. 電池。

代表性成果:

1．共價有機框架作為光動力療法的有利構造。Covalent Organic Frameworks as Favorable Constructs for Photodynamic Therapy。Angew. Chem.，2019,131,14351–14356。

簡介：作者們設計并合成了具有2D?π共軛的共價有機骨架（COF）作為分子光敏劑，以進行有效的光動力治療。兩個分子，L-3C和L- 3N分別連接形成兩個COF，即COF-808和COF-909，具有極好的ROS生產效率。這些COF的高孔隙度（表面積2270和2610?m²g^-1）促進了氧氣的擴散和ROS的釋放，再加上出色的光穩定性和生物相容性，導致了出色的PDT性能。在體外，使用濃度為50 μg mL^-1的COF-909進行150 s的PDT處理后，殺死了80％以上的腫瘤細胞。

圖三 設計并合成MOF作為新興分子光敏劑（Angew. Chem.，2019,131,14351–14356。）

華中科技大學 翟天佑

翟天佑老師于2003畢業于鄭州大學化學系，2008畢業于中國科學院化學研究所碩博連讀，導師為姚建年院士。2008-2010年于?日本物質材料研究機構(NIMS) JSPS進行博士后研究?(合作導師：Yoshio Bando教授)，2010-2012于日本物質材料研究機構(NIMS) ICYS Researcher。2013加入華中科技大學材料科學與工程學院任教授、博士生導師。國家優青、杰青、萬人計劃領軍人才。獲得國家自然科學二等獎。在Chem. Soc. Rev. (2)，Prog. Mater. Sci. (2), Adv. Mater. (26), J. Am. Chem. Soc. (2), Angew. Chem. Int. Ed. (6), Nat. Commun. (3), Adv. Funct. Mater. (30), Energy Env. Sci. (2), ACS Nano (6), Nano Energy (8), Adv. Energy?Mater. (5)等期刊上發表（含接受）論文260余篇，發表的論文共被SCI期刊引用12600余次，H因子為58。

主要研究方向：低維無機光電功能材料和微納器件方面的研究

代表性成果：

基于二維混合超晶格的片上電催化微器件，用于原位探測和顯示增強的催化活性。2D Hybrid Superlattice-Based On-Chip Electrocatalytic Microdevice for in Situ Revealing Enhanced Catalytic Activity。ACS Nano，2020, 14, 2, 1635-1644。

簡介：本文中，作者們開發了一種通過在室溫下通過簡單的溶液浸漬過程自發分子插入的方法來獲得TaS₂-N₂H₄雜化超晶格的方法。橫截面高角度環形暗場圖像驗證了N₂H₄分子插入到TaS₂晶格中，并且層間間距擴展了大約1.5倍。將電遷移測試和理論計算相結合，電子從N₂H₄到S-Ta-S晶格的轉移會增強超導性并抑制電荷密度波的階數。此外，開爾文探針顯微鏡測量結果表明，層間N₂H₄分子可確保超晶格在室溫下具有較高的電導率和較低的表面功函數。通過原位分子嵌入制備了基于二維混合超晶格的片上電催化微器件，以直接評估催化性能。

圖四 材料的透射電鏡表征

湖南大學 王雙印

王雙印，國家杰出青年基金獲得者, 科睿唯安高被引科學家（化學）, 愛思唯爾中國高被引學者（化學）。現為湖南大學二級教授，博士生導師。2006年本科畢業于浙江大學化工系，2010年在新加坡南洋理工大學獲得博士學位，隨后在美國凱斯西儲大學，德克薩斯大學奧斯汀分校、英國曼徹斯特大學（瑪麗居里學者）開展研究工作。主要研究方向為電催化劑缺陷化學、有機分子電催化轉化、高溫質子交換膜燃料電池及負載型催化劑批量制備。目前，已在國際著名期刊Chem, Nature Commun., JACS, Angew. Chem，Adv. Mater.等發表SCI論文100余篇，總引用14000余次，H-index為63。

主要研究方向：1.缺陷化學、缺陷材料的制備；2.電催化；3.電池。

代表性成果：

構建尖晶石氧化物中鈷陽離子的最佳幾何構型，以促進氧釋放反應。Optimal Geometrical Configuration of Cobalt Cations in Spinel Oxides to Promote Oxygen Evolution Reaction。Angew. Chem. Int. Ed.，2020, 59, 4736–4742。

簡介：研究者們選擇了MgCo₂O₄，CoCr₂O₄和Co₂TiO₄，只有八面體（Oh）中心的Co³⁺，四面體（Td）中心的Co²⁺和八面體中心的Co²⁺可以作為氧釋放反應（OER）的活性位點。Co³⁺（Oh）位點是OER的最佳幾何位點。Co²⁺（Oh）位點表現出比Co^{2 +}（Td）更好的活性。計算表明，O *轉化為OOH *是Co³⁺（Oh）和Co²⁺（Td）的速決步。Co²⁺（Oh）在動力學上更有利于OOH *的形成，但對O₂的解吸卻很困難。與Co^{2 +}（Oh）和Co^{2 +}（Td）相比，Co^{3 +}（Oh）需要最低的Gibbs自由能，這有助于獲得最佳活性。Co₃O₄中Co^{3 +}（Oh）和Co^{2 +}（Td）的共存可促進OOH *的形成并降低自由能壘。這項工作篩選出了用于OER的鈷陽離子的最佳幾何構型，并為設計高效的電催化劑提供了有價值的觀點。

圖五 OER催化性能與機理圖

中南大學 賴延清

2001年獲中南大學冶金工程專業工學博士學位并留校任教。現任中南大學冶金與環境學院教授、副院長，兼任中國有色金屬學會熔鹽化學與技術專業委員會副主任委員、新能源材料發展工作委員會副主任委員、輕金屬冶金學術委員會委員，以及中國金屬學會熔鹽化學與技術分會委員。賴老師一直從事有色金屬電化學冶金（熔鹽鋁電解和濕法冶金電沉積）與材料電化學（鋰離子電池、鋰硫電池、金屬空氣電池、固態電池、光伏轉換與儲存一體化電源等）研究。發表學術論文150余篇，獲授權發明專利30余項，排名第一獲湖南省自然科學一等獎1項、中國有色金屬工業科學技術一等獎2項。入選國家“萬人計劃”科技創新領軍人才，享受國務院政府特殊津貼。

賴延清老師代表性成果：

全固態柔性鋁離子電池：Superior Oxygen Reduction Reaction on PhosphorusDoped Carbon Dot/Graphene Aerogel for All-Solid-State Flexible Al–Air Batteries。Adv. Energy Mater. 2020, 10, 1902736.

簡介：作者們實現了用一種生物質衍生方法來制備碳點的原位磷摻雜（P摻雜）并同時裝飾在石墨烯基體上。所得產品，即P摻雜的碳點/石墨烯（P-CD / G）納米復合材料，可以達到碳納米材料的超高P摻雜水平。作者們發現P-CD / G納米復合材料表現出優異的ORR活性，與活性Pt / C催化劑高度可比。當用作液態鋁空氣電池的陰極材料時，該設備顯示出令人印象深刻的157.3 mW cm^-2的功率密度（相比之下，類似的Pt / C電池為151.5 mW cm^-2）。最后，基于這種新型納米復合材料，作者們設計和制造了一種全固態柔性鋁空氣電池。在不同的彎曲狀態下，該器件具有約1.2 V的穩定放電電壓。這項研究引入了獨特的生物質衍生材料系統，以取代貴金屬催化劑，用于未來的便攜式和可穿戴電子設備。

圖六 電極材料的形貌圖（Adv. Energy Mater. 2020, 10, 1902736）

【總結】

華中材料春景盛，名篇佳作四海揚。

本文由踏浪供稿。

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