我校許并社教授團隊在低維功能材料領域取得系列研究成果

近日，我校許并社教授團隊在半導體光電材料、能源環(huán)境材料、納米催化材料、生物醫(yī)學等領域取得系列研究成果，在國際頂級期刊Angewandte Chemie、Advanced Energy Materials、ACS Nano、Small、Chemical Engineering Journal、Journal of Energy Chemistry、ACS Applied Materials & Interface、Carbon、International Journal of Molecular Sciences等發(fā)表多篇學術論文，基于先進的球差校正透射電子顯微學技術與理論，研究低維功能材料的原子與分子結構、表界面組織與結構、離子與電子結構等物性參數，進而建立結構與性能之間的超微觀構效關系，為指導與設計具有新型功能的材料與器件提供重要的理論依據和研究基礎。

1自下而上生長宏觀尺寸的纖維磷微米柱陣列

許并社團隊馬淑芳教授在低維光電材料領域取得重大突破。即，①從原子、分子超微觀結構設計入手構建了無定型紅磷的自組裝策略，實現了大面積、高質量纖維磷微米柱陣列的可控制備；②發(fā)明了從二維材料合成到光電器件制備新技術；③研究發(fā)現了纖維磷的熱釋電效應促進纖維磷基的光電探測器獲得超出帶隙限制的響應；④獲得了從紫光到近紅外光的寬帶響應的高性能的器件；⑤在二維光電材料領域具有廣泛的應用前景。

論文信息：Shuai Zhang,Shufang Ma*, Ben Cao, Qiandong Zhuang, Yang Xu, Jiahui Wang, Xishuo Zhang, Xiaoye Nan, Xiaodong Hao, and Bingshe Xu*. Synthesis of Fibrous Phosphorus Micropillar Arrays with Pyro-Phototronic Effects.Angewandte Chemie International Edition, 2022.https://doi.org/10.1002/ange.202217127

2穩(wěn)定、低功耗黑磷/石墨烯人工突觸器件

許并社團隊尉國棟教授類人工智能研究領域較大突破。即，①利用一種簡易的方法制備出黑磷-氧化石墨烯人工突觸器件；②基于黑磷的局域場增加效應和石墨烯量子點的量子限制效應的協(xié)同作用提升了器件的電子存儲能力；③獲得了高穩(wěn)定、低功耗的黑磷/氧化石墨烯人工突觸器件，能夠模擬生物突觸的多種功能；④在人工智能領域具有廣泛的應用前景。

論文信息：Shuai Yuan, Bocang Qiu, Koshayeva Amina, Lan Li, Peichen Zhai, Ying Su, Tao Xue, Tao Jiang, Liping Ding*, andGuodong Wei*. Robust and Low Power Consumption Black Phosphorous-Graphene Artificial Synaptic Devices,Applied Materials & Interfaces,2022, 14(18), 21242.https://doi.org/10.1021/acsami.2c03667

3穩(wěn)定、高性能鈣鈦礦納米線混維度光電探測器

許并社團隊韓斌副教授在光電探測器領域取得較大突破。即，①從電子能帶結構出發(fā)開發(fā)了混維度范德華異質結光電探測器的制備新技術；②發(fā)明了hBN/Graphene/CH₃NH₃PbI₃納米線混維度范德華異質結光電探測器；③改善了石墨烯和納米線之間的電極接觸提高了光生載流子提取效率；④獲得了高響應度（558 A/W）和比探測率（2.3 × 10¹²Jones）的光電探測器；⑤在光電探測領域具有廣泛的應用前景。

論文信息：Guanghui Wang,Bin Han*, Chun Hong Mak, Jialong Liu, Bo Liu, Peng Liu, Xiaodong Hao, Hongyue Wang, Shufang Ma, Bingshe Xu, Hsien-Yi Hsu*,Mixed-Dimensional van der Waals Heterostructure for High-performance and Air-stable Perovskite Nanowire Photodetectors,Applied Materials & Interfaces,2022, 14(49), 55183.https://doi.org/10.1021/acsami.2c15139

4 Mg摻雜p型MoS₂/GaN光電探測器中的電荷再分布

許并社團隊李國強教授MoS₂/GaN基光電探測器領域取得突破。即，①構建了Mg摻雜MoS₂/GaN p-n異質結材料；②發(fā)現由于摻雜前后兩種材料載流子濃度差異反轉，異質結內建電場也發(fā)生了扭轉，界面電荷轉移增強；③利用第一性原理揭示了界面電荷轉移增強機理；④獲得了高響應率的光電探測器；⑤在光電探測領域有著廣泛的應用前景。

論文信息：Ben Cao, Shufang Ma, Wenliang Wang*, Xin Tang, Dou Wang, Weikang Shen, Bocang Qiu, Bingshe Xu*, andGuoqiang Li*. Charge Redistribution in Mg-Doped p-Type MoS₂/GaN Photodetectors,Journal of Physical Chemistry C,2022, 126, 44, 18893.https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.2c05895.

5太陽能電池異質結構界面極化電荷的原子尺度新視角

許并社團隊郝曉東副教授攜手重慶大學尹德強教授在太陽能電池取得較大突破。即，①從異質界面極化電荷入手闡明太陽能電池界面極化的潛在機制；②基于第一性原理發(fā)現界面極化電場由于界面上電子和空穴的再分布而產生；③發(fā)現半極性異質界面極化電場有助于電子空穴分離效率和光電流的收集；④揭示了界面極化電場與內建電場的協(xié)同作用機制；⑤在太陽能電池領域具有廣泛的應用前景。

論文信息：Xiaodong Hao*, Xishuo Zhang, Benyao Sun, Deqiang Yin*, Hailiang Dong, Jiahui Wang, Biao Huang, Yang Xu, Hengsheng Shan, Shufang Ma, Chunlin Chen, and Bingshe Xu. Atomic-scale Insights into the Interfacial Polarization Effect in InGaN/GaN Heterostructure for Solar Cells,ACS Applied Materials & Interfaces,2022.https://doi.org/10.1021/acsami.2c17082

6微晶石墨的共吸附儲鈉

許并社團隊郝曉東副教授與材料學院劉曉旭教授在儲鈉領域取得重大突破。即，①合成了一種含有序晶界與介孔的微晶石墨電極材料；②發(fā)現可在其納米尺度的有序晶界及介孔中實現“共吸附”儲鈉；③利用球差校正透射電子顯微學（Cs-STEM）和X射線能譜儀（EDS）技術在原子尺度下深入揭示了石墨電極的“共吸附”儲鈉行為與機制；④在結晶碳材料儲鈉有著廣泛的應用前景。

論文信息：Xiaoxu Liu*, Tian Wang, Tengsheng Zhang, Zhihao Sun, Tianyi Ji, Jing Tian, Hui Wang,Xiaodong Hao*, Hui Liu, Dongliang Chao*. Solvated Sodium Storage via a Co-Adsorptive Mechanism in Microcrystalline Graphite Fiber,Advanced Energy Materials, 2022, 12(45), 2202388.https://doi.org/10.1002/aenm.202202388

7簡單、高效、大規(guī)模合成高熵合金納米顆粒新技術

許并社團隊郝曉東副教授與西北有色金屬研究院趙盤巢副研究員在高熵合金納米材料領域取得重大突破。即，①開發(fā)了一種簡單、高效和大規(guī)模制備高熵合金納米材料的技術—噴霧干燥結合熱分解還原方法;②實現了在溫和條件下合成石墨烯載2-10元鉑基高熵合金納米粒子；③利用球差校正透射電子顯微學（Cs-STEM）與X射線能譜儀（EDS）技術在原子尺度下深入研究了鉑元素自催化作用及促進高熵合金納米粒子形成機理；⑤在高熵合金納米材料設計與合成領域具有廣泛的應用前景。

論文信息：Panchao Zhao*, Qigao Cao*, Wei Yi*,Xiaodong Hao*, Jigang Li, Bosheng Zhang, Long Huang, Yujie Huang, Yunbo Jiang, Bingshe Xu, Zhiwei Shan*, Jialin Chen*.Facile and General Method to Synthesize Pt-Based High-Entropy-Alloy Nanoparticles,ACS Nano,2022,16(9), 14017.https://doi.org/10.1021/acsnano.2c03818.

8聚吡咯包裹Ni/NiFe₂O₄核殼納米球磁性電極及其電解水應用

許并社團隊杜高輝教授在磁性電極電催化領域取得較大突破。即，①設計了聚吡咯（PPy）包裹的Ni/NiFe₂O₄核殼納米球的磁性電極；②構建了無粘結劑磁性電極，提高反應活性的同時亦能提升催化劑回收；③揭示了PPy包覆對電解質與Ni/NiFe₂O₄之間的離子傳輸速率和活性位點的反應效率的調控機制；④獲得了優(yōu)異的全解水電催化活性；⑤在磁性電極電催化領具有廣泛的應用前景。

論文信息：Lina Jia,Gaohui Du*, Di Han, Yunting Wang, Wenqi Zhao, Qingmei Su*, Shukai Ding, Bingshe Xu*. Magnetic electrode configuration with polypyrrole-wrapped Ni/NiFe₂O₄core–shell nanospheres to boost electrocatalytic water splitting,Chemical Engineering Journal, 2023, 454, 140278.https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.140278

9富含缺陷的過渡金屬納米結構電催化劑的化學能驅動鋰化制備

許并社團隊杜高輝教授在雙金屬電催化領域取得較大突破。即，①通過一種化學能量驅動鋰化方法均勻尺寸和超細的金屬納米顆粒；②構建了高濃度的表面和邊界缺陷（無序原子比例可達40%）；③獲得十分優(yōu)異的電催化活性（HER過電位為127 mV@100 mA cm^-2）；④在過渡金屬電催化領域具有十分廣泛的應用前景。

論文信息：Di Han,Gaohui Du*, Yunting Wang, Lina Jia, Wenqi Zhao, Qingmei Su*, Shukai Ding, Miao Zhang, Bingshe Xu. Chemical Energy-Driven Lithiation Preparation of Defect-Rich Transition Metal Nanostructures for Electrocatalytic Hydrogen Evolution,Small, 2022, 18(35), 2202779.https://doi.org/10.1002/smll.202202779

10 BiOI納米片包裹碳纖維作為助力雙向多硫化物轉化用于鋰硫電池中

許并社團隊杜高輝教授在鋰硫電池領域取得較大突破。即，①構建了多孔三維網絡BiOI/碳纖維核殼復合材料體系；②該體系具備高比表面積、豐富的活性位點和優(yōu)異的雙向氧化還原能力；③揭示了BiOI和多硫化物之間的強相互作用；④獲得了優(yōu)異的電池性，高硫負載量（5mg/cm²）下電池容量在循環(huán)200次后穩(wěn)定在1020 mAh g^-1；⑤在鋰硫電池領域具有廣泛的應用前景。

論文信息：Dong Wang,Gaohui Du*,Yunting Wang,Yi Fan, Di Han, Qingmei Su*, Shukai Ding, Wenqi Zhao, Bingshe Xu. BiOI nanosheets-wrapped carbon fibers as efficient electrocatalyst for bidirectional polysulfide conversion in Li–S batteries,Chemical Engineering Journal, 2022, 430, 133015.https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.133015

11預鋰化邊緣富集的MoS₂納米片鑲嵌碳纖維作為保護層穩(wěn)定金屬鋰負極

許并社團隊蘇慶梅教授在鋰電池領域取得較大突破。即，①構筑了邊緣富集的超薄MoS₂嵌入3D多孔碳納米纖維框架(PCNF/MoS₂)作為Li金屬負極的保護層，并通過MoS₂和Li的自發(fā)化學反應在Li箔表面原位構建了高離子電導率(Li₂S/Mo)鈍化層；②Mo顯著降低了Li成核的過電位，實現了鋰的均勻電鍍/剝離，引導Li在三維CNF框架腔內沉積，從而有效抑制Li枝晶的生長；③Li₂S作為一種有效的添加劑，具有優(yōu)異的化學穩(wěn)定性和高的離子電導率，促進了均勻而堅固的SEI形成，成功實現了穩(wěn)定的鋰負極；④獲得了循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能；⑤為實現實用的鋰金屬電池提供了新的思路。

論文信息：Lintao Yu,Qingmei Su*,Boyu Li,Luo Huang,Gaohui Du*,Shukai Ding,Wenqi Zhao,Miao Zhang,Bingshe Xu. Pre-lithiated Edge-enriched MoS₂nanoplates embedded into carbon nanofibers as protective layers to stabilize Li metal anodes,Chemical Engineering Journal,2022, 429, 132479.https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.132479

12 NCM811在鋰離子店址高截止電壓下衰減的原子尺度剖析

許并社團隊蘇慶梅教授在鋰電池領域取得較大突破。即，①利用雙球差校正掃描透射電子顯微鏡（STEM）的超高分辨率和輕元素成像技術，詳細研究了NCM811在不同截止電壓下的容量衰減機制；②發(fā)現了在4.9V電壓下NCM811的晶體結構從層狀結構演變?yōu)閹r鹽相的新現象；③揭示了NCM811在4.9V的高截止電壓下的降解機制是由于缺陷引起的晶間裂縫的形成，巖鹽相的直接形成，以及伴隨著Ni²⁺和Co²⁺相從表面到體相的還原；④為高能鋰離子電池（LIBs）提供可靠的理論基礎。

論文信息：Liming Wang，Qingmei Su*, Bin Han, Weihao Shi, Gaohui Du*, Yunting Wang, Huayv Li, Lin Gu*，Wenqi Zhao, Shukai Ding, Miao Zhang, Yongzhen Yang, Bingshe Xu. Unraveling the degradation mechanism of LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂at the high cut-off voltage for lithium ion batteries,Journal of Energy Chemistry, 2022.https://doi.org/10.1016/j.jechem.2022.11.016

13三維碳納米管-介孔碳海綿用于大功率鋰離子電容器正極

許并社團隊趙雯琦副教授在鋰離子電容器取得較大突破。即，①構建了高彈性的碳納米管-介孔碳海綿三維網絡多孔結構；②通過調控介孔碳層的多孔結構（關鍵因素包括孔有序度、孔道長度）研究了微觀結構對電化學性能的影響；③獲得了高比電容和電荷的快速存儲性能：可在325 W/kg下提供111.8 Wh/kg的能量密度，在32500 W/kg的高功率密度下仍可達到30.7 Wh/kg的能量密度；④在鋰離子電容器領域有著廣泛的應用前景。

論文信息：Wenqi Zhao, Jingwen Yang, Yuanyuan Shang, Boyu Yang, Di Han, Gaohui Du*, Qingmei Su*, Shukai Ding, Bingshe Xu, Anyuan Cao*. 3D carbon nanotube-mesoporous carbon sponge with short pore channels for high-power lithium-ion capacitor cathodes,Carbon, 2023, 203, 479.https://doi.org/10.1016/j.carbon.2022.12.009

14皮克林乳液光催化微反應器的界面工程：從機制到前景

許并社團隊余愿教授在光催化領域取得較大突破。即，①提出以皮克林乳液（PE）微反應器作天然相屏障，解決多相催化中普遍存在的體系不相溶、接觸界面小及催化活性位點受限等問題；②對PE體系光催化機制進行獨到的剖析；③為后續(xù)PE微反應器在光電領域、生物燃料升級、可再生能源轉化的工業(yè)發(fā)展和應用提供重要思路。

論文信息：Yanning Qu, Dongfeng Sun,Yuan Yu*. Interfacial engineering in Pickering emulsion photocatalytic microreactors: From mechanisms to prospects,Chemical Engineering Journal,2022, 438, 135655.https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.135655

15 FeNi₂P三維定向納米片陣列雙功能催化劑

許并社團隊余愿教授/孫東峰副教授在電解水催化領域取得較大突破。即，①開發(fā)了一種FeNi₂P三維納米片陣列電催化劑電極；②發(fā)現異質Fe原子的引入，調制了Ni₂P的電子結構，使其具有更低的氫吸附能和更快的析氫反應動力學；③獨特的三維納米結構，有利于電解質溶液在其表面滲透、有利于電解反應產生氣體逸出、也有利于更多活性位點的暴露；④獲得了很好的析氫和析氧反應性能，其全解水電壓甚至比全貴金屬電極電解池(RuO₂|| Pt)更加優(yōu)異的性能；⑤在電催化領域有著重要的應用前景。

論文信息：Songmin Lin,Yuan Yu*, Dongfeng Sun*, Fangyou Meng, Wenhui Chu, Linyin Huang, Jie Ren, Qingmei Su, Shufang Ma, Bingshe Xu.FeNi₂P three-dimensional oriented nanosheet array bifunctional catalysts with better full water splitting performance than the full noble metal catalysts,Journal of Colloid and Interface Science, 2022, 608, 2192.https://doi.org/10.1016/j.jcis.2021.09.166

16鈷納米顆粒和石墨烯復合電催化劑

許并社團隊余愿教授/孫東峰副教授鈷基復合電催化領域取得較大突破。即，①開發(fā)了一種鈷納米顆粒和石墨烯復合電催化劑材料；②揭示了鈷金屬和石墨烯的協(xié)同作用；③獲得十分優(yōu)異的全解水點催化性能，已經接近全貴金屬電極電解池(RuO₂|| Pt)；④在電催化領域有著廣泛的應用前景。

論文信息：Wenhui Chu,Yuan Yu*, Dongfeng Sun*, Yanning Qu, Fangyou Meng, Yingying Qiu, Songmin Lin, Linyin Huang, Jie Ren, Qingmei Su, Bingshe Xu. Uniform cobalt nanoparticles embedded in nitrogen-doped graphene with abundant defects as high-performance bifunctional electrocatalyst in overall water splitting,International Journal of Hydrogen Energy, 2022, 47, 21191.https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2022.04.235

17通過調節(jié)形態(tài)發(fā)生的循環(huán)應變促進黑色素瘤細胞增殖

許并社團隊楊英俊副教授在生物醫(yī)學領域取得較大突破。即，①設計并制作了可提供循環(huán)拉伸應力刺激的細胞培養(yǎng)裝置并應用于研究拉伸應力刺激影響黑色素瘤增值的作用機制；②發(fā)現循環(huán)拉伸應力刺激可通過調控黑色素瘤細胞形態(tài)發(fā)生過程作用于力傳導通路并最終影響黑色素瘤細胞的增殖能力；③為理解肢端黑色素瘤發(fā)生發(fā)展機制提供新的思路；④在生物醫(yī)學領域有著廣泛的應用前景。

論文信息：Siyuan Huang, Zhu Chen, Xiaoqiang Hou, Kuankuan Han, Bingshe Xu, Miao Zhang, Shukai Ding, Yongtao Wang,*Yingjun Yang*.Promotion of Melanoma Cell Proliferation by Cyclic Straining through Regulatory Morphogenesis,International Journal of Molecular Sciences, 2022, 23(19), 11884;https://doi.org/10.3390/ijms231911884

（核稿：強濤濤 編輯：劉倩）