华中青年材料学家，付磊、翟天佑、王双印、邓鹤翔、赖延清等近期成果

江山代有才人出，长江后浪推前浪。科研大佬们光环夺目，材料新星们也气势如虹。本期为大家介绍华中地区一些科研成果突出的青椒们。同时也为武汉加油！

武汉大学 付磊教授

付磊老师2001年毕业于武汉大学，之后加入中科院化学所，跟随刘云圻院士和朱道本院士攻读博士学位。2006年在美国Los Alamos国家实验室进行博士后研究，2007到2011年在北京大学与刘忠范院士合作进行研究，任副研究员。 2009年在日本理化学研究所 (RIKEN)合作研究，2011年赴德国莱布尼茨固态和材料研究所 (IFW)进行合作研究。 2011年加入武汉大学化学与分子科学学院任教授。 国家优秀青年基金，杰出青年基金获得者。付磊教授已经发表SCI论文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： 以电子信息、能源领域的应用需求为导向，着力研究石墨烯等二维材料及其异质结的可控生长、组装问题。目前着眼于二维材料的原子制造及新兴应用，在原子制造、液态金属与新生命体三个方面持续发力。

实验室主页：

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

代表性成果：

1. 二维纳米材料的共生现象。Twinned growth behaviour of two-dimensional materials. Common.，2016, 7, 13911。第一作者为张涛博士。

简介：二维纳米材料尽管可以用来制造异质结构和超晶格材料，但在二维纳米材料迅速出现的区域中，孪生生长行为仍未被探索。作者们演示了如何利用两个二维材料之间的孪生生长关系来构造垂直堆叠的异质结构。作者们实现了构成ReS₂/WS₂垂直异质结构的两个过渡金属二硫化物层的100％重叠。此外，堆叠结构的晶体尺寸比以前的报道大一个数量级。这种缠结的过渡金属二硫化物垂直异质结构在光学、电子和催化应用中显示出巨大的潜力。孪生生长的简单性可用于扩展其他异质结构或二维材料超晶格的制造，并且该策略可被视为在二维范德华异质结构新兴领域研究的一种助力技术。

图一 ReS₂/WS₂共生垂直异质结构的结构表征（Nat. Common.，2016, 7, 13911）

2. 通过球径工程进行二维材料的带隙调谐。Bandgap tuning of two-dimensional materials by sphere diameter engineering. Nat. Mater. DOI：10.1038/s41563-020-0622-y。

简介: 开发一种精确且可再现的带隙调谐方法，以实现量身定制的材料设计，对于光电器件至关重要。为此，作者们报告了一种球径工程（SDE）技术，用于处理二维（2D）材料的带隙。在高达360 meV的连续范围内，在MoS₂的带隙和球直径之间建立了与理想线性工作曲线的一一对应关系。由于球体的各向同性特性，所有生长的MoS₂晶体都实现了完全均匀的带隙调谐。更有趣的是，通过构造正曲率或负曲率，带隙的减少和增加都可以实现。通过融合处于熔融状态的单个球体，可以实现支持的2D材料的合成后带隙调整。这种SDE技术具有很高的精度，均匀性和可重复性，并且效率很高，可以进一步加速2D材料的潜在应用。

图二 2D材料晶格变形的发生（Nat. Mater. DOI：10.1038/s41563-020-0622-y）

武汉大学 邓鹤翔

邓鹤翔教授于2007年在复旦大学（师从赵东元院士）毕业后进入UCLA攻读博士，师从Omar M. Yaghi教授。2011年取得博士学位之后在Lawrence Berkeley国家实验室从事博士后研究。2013年加入武汉大学任教授。

研究领域包括：1. MOF与COF基材料的设计与合成； 2. CO₂的捕获与转化；3. 储氢材料；4. 天然气的富集与存储；5. 光动力治疗；6. 电池。

代表性成果:

1．共价有机框架作为光动力疗法的有利构造。Covalent Organic Frameworks as Favorable Constructs for Photodynamic Therapy。Angew. Chem.，2019,131,14351–14356。

简介：作者们设计并合成了具有2D π共轭的共价有机骨架（COF）作为分子光敏剂，以进行有效的光动力治疗。两个分子，L-3C和L- 3N分别连接形成两个COF，即COF-808和COF-909，具有极好的ROS生产效率。这些COF的高孔隙度（表面积2270和2610 m²g^-1）促进了氧气的扩散和ROS的释放，再加上出色的光稳定性和生物相容性，导致了出色的PDT性能。在体外，使用浓度为50 μg mL^-1的COF-909进行150 s的PDT处理后，杀死了80％以上的肿瘤细胞。

图三 设计并合成MOF作为新兴分子光敏剂（Angew. Chem.，2019,131,14351–14356。）

华中科技大学 翟天佑

翟天佑老师于2003毕业于郑州大学化学系，2008毕业于中国科学院化学研究所硕博连读，导师为姚建年院士。2008-2010年于 日本物质材料研究机构(NIMS) JSPS进行博士后研究 (合作导师：Yoshio Bando教授)，2010-2012于日本物质材料研究机构(NIMS) ICYS Researcher。2013加入华中科技大学材料科学与工程学院任教授、博士生导师。国家优青、杰青、万人计划领军人才。获得国家自然科学二等奖。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)等期刊上发表（含接受）论文260余篇，发表的论文共被SCI期刊引用12600余次，H因子为58。

主要研究方向：低维无机光电功能材料和微纳器件方面的研究

代表性成果：

基于二维混合超晶格的片上电催化微器件，用于原位探测和显示增强的催化活性。2D Hybrid Superlattice-Based On-Chip Electrocatalytic Microdevice for in Situ Revealing Enhanced Catalytic Activity。ACS Nano，2020, 14, 2, 1635-1644。

简介：本文中，作者们开发了一种通过在室温下通过简单的溶液浸渍过程自发分子插入的方法来获得TaS₂-N₂H₄杂化超晶格的方法。横截面高角度环形暗场图像验证了N₂H₄分子插入到TaS₂晶格中，并且层间间距扩展了大约1.5倍。将电迁移测试和理论计算相结合，电子从N₂H₄到S-Ta-S晶格的转移会增强超导性并抑制电荷密度波的阶数。此外，开尔文探针显微镜测量结果表明，层间N₂H₄分子可确保超晶格在室温下具有较高的电导率和较低的表面功函数。通过原位分子嵌入制备了基于二维混合超晶格的片上电催化微器件，以直接评估催化性能。

图四 材料的透射电镜表征

湖南大学 王双印

王双印，国家杰出青年基金获得者, 科睿唯安高被引科学家（化学）, 爱思唯尔中国高被引学者（化学）。现为湖南大学二级教授，博士生导师。2006年本科毕业于浙江大学化工系，2010年在新加坡南洋理工大学获得博士学位，随后在美国凯斯西储大学，德克萨斯大学奥斯汀分校、英国曼彻斯特大学（玛丽居里学者）开展研究工作。主要研究方向为电催化剂缺陷化学、有机分子电催化转化、高温质子交换膜燃料电池及负载型催化剂批量制备。目前，已在国际著名期刊Chem, Nature Commun., JACS, Angew. Chem，Adv. Mater.等发表SCI论文100余篇，总引用14000余次，H-index为63。

主要研究方向：1.缺陷化学、缺陷材料的制备；2.电催化；3.电池。

代表性成果：

构建尖晶石氧化物中钴阳离子的最佳几何构型，以促进氧释放反应。Optimal Geometrical Configuration of Cobalt Cations in Spinel Oxides to Promote Oxygen Evolution Reaction。Angew. Chem. Int. Ed.，2020, 59, 4736–4742。

简介：研究者们选择了MgCo₂O₄，CoCr₂O₄和Co₂TiO₄，只有八面体（Oh）中心的Co³⁺，四面体（Td）中心的Co²⁺和八面体中心的Co²⁺可以作为氧释放反应（OER）的活性位点。Co³⁺（Oh）位点是OER的最佳几何位点。Co²⁺（Oh）位点表现出比Co^{2 +}（Td）更好的活性。计算表明，O *转化为OOH *是Co³⁺（Oh）和Co²⁺（Td）的速决步。Co²⁺（Oh）在动力学上更有利于OOH *的形成，但对O₂的解吸却很困难。与Co^{2 +}（Oh）和Co^{2 +}（Td）相比，Co^{3 +}（Oh）需要最低的Gibbs自由能，这有助于获得最佳活性。Co₃O₄中Co^{3 +}（Oh）和Co^{2 +}（Td）的共存可促进OOH *的形成并降低自由能垒。这项工作筛选出了用于OER的钴阳离子的最佳几何构型，并为设计高效的电催化剂提供了有价值的观点。

图五 OER催化性能与机理图

中南大学 赖延清

2001年获中南大学冶金工程专业工学博士学位并留校任教。现任中南大学冶金与环境学院教授、副院长，兼任中国有色金属学会熔盐化学与技术专业委员会副主任委员、新能源材料发展工作委员会副主任委员、轻金属冶金学术委员会委员，以及中国金属学会熔盐化学与技术分会委员。赖老师一直从事有色金属电化学冶金（熔盐铝电解和湿法冶金电沉积）与材料电化学（锂离子电池、锂硫电池、金属空气电池、固态电池、光伏转换与储存一体化电源等）研究。发表学术论文150余篇，获授权发明专利30余项，排名第一获湖南省自然科学一等奖1项、中国有色金属工业科学技术一等奖2项。入选国家“万人计划”科技创新领军人才，享受国务院政府特殊津贴。

赖延清老师代表性成果：

全固态柔性铝离子电池：Superior Oxygen Reduction Reaction on PhosphorusDoped Carbon Dot/Graphene Aerogel for All-Solid-State Flexible Al–Air Batteries。Adv. Energy Mater. 2020, 10, 1902736.

简介：作者们实现了用一种生物质衍生方法来制备碳点的原位磷掺杂（P掺杂）并同时装饰在石墨烯基体上。所得产品，即P掺杂的碳点/石墨烯（P-CD / G）纳米复合材料，可以达到碳纳米材料的超高P掺杂水平。作者们发现P-CD / G纳米复合材料表现出优异的ORR活性，与活性Pt / C催化剂高度可比。当用作液态铝空气电池的阴极材料时，该设备显示出令人印象深刻的157.3 mW cm^-2的功率密度（相比之下，类似的Pt / C电池为151.5 mW cm^-2）。最后，基于这种新型纳米复合材料，作者们设计和制造了一种全固态柔性铝空气电池。在不同的弯曲状态下，该器件具有约1.2 V的稳定放电电压。这项研究引入了独特的生物质衍生材料系统，以取代贵金属催化剂，用于未来的便携式和可穿戴电子设备。

图六 电极材料的形貌图（Adv. Energy Mater. 2020, 10, 1902736）

【总结】

华中材料春景盛，名篇佳作四海扬。

本文由踏浪供稿。

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