我校許并社教授團(tuán)隊(duì)在低維功能材料領(lǐng)域取得系列研究成果

近日，我校許并社教授團(tuán)隊(duì)在半導(dǎo)體光電材料、能源環(huán)境材料、納米催化材料、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域取得系列研究成果，在國(guó)際頂級(jí)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(xué)術(shù)論文，基于先進(jìn)的球差校正透射電子顯微學(xué)技術(shù)與理論，研究低維功能材料的原子與分子結(jié)構(gòu)、表界面組織與結(jié)構(gòu)、離子與電子結(jié)構(gòu)等物性參數(shù)，進(jìn)而建立結(jié)構(gòu)與性能之間的超微觀構(gòu)效關(guān)系，為指導(dǎo)與設(shè)計(jì)具有新型功能的材料與器件提供重要的理論依據(jù)和研究基礎(chǔ)。

1自下而上生長(zhǎng)宏觀尺寸的纖維磷微米柱陣列

許并社團(tuán)隊(duì)馬淑芳教授在低維光電材料領(lǐng)域取得重大突破。即，①?gòu)脑?、分子超微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)入手構(gòu)建了無(wú)定型紅磷的自組裝策略，實(shí)現(xiàn)了大面積、高質(zhì)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(shù)；③研究發(fā)現(xiàn)了纖維磷的熱釋電效應(yīng)促進(jìn)纖維磷基的光電探測(cè)器獲得超出帶隙限制的響應(yīng)；④獲得了從紫光到近紅外光的寬帶響應(yīng)的高性能的器件；⑤在二維光電材料領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)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(tuán)隊(duì)尉國(guó)棟教授類人工智能研究領(lǐng)域較大突破。即，①利用一種簡(jiǎn)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(chǎng)增加效應(yīng)和石墨烯量子點(diǎn)的量子限制效應(yīng)的協(xié)同作用提升了器件的電子存儲(chǔ)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(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)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(cè)器

許并社團(tuán)隊(duì)韓斌副教授在光電探測(cè)器領(lǐng)域取得較大突破。即，①?gòu)碾娮幽軒ЫY(jié)構(gòu)出發(fā)開(kāi)發(fā)了混維度范德華異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器的制備新技術(shù)；②發(fā)明了hBN/Graphene/CH₃NH₃PbI₃納米線混維度范德華異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)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(yīng)度（558 A/W）和比探測(cè)率（2.3 × 10¹²Jones）的光電探測(cè)器；⑤在光電探測(cè)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)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(cè)器中的電荷再分布

許并社團(tuán)隊(duì)李國(guó)強(qiáng)教授MoS₂/GaN基光電探測(cè)器領(lǐng)域取得突破。即，①構(gòu)建了Mg摻雜MoS₂/GaN p-n異質(zhì)結(jié)材料；②發(fā)現(xiàn)由于摻雜前后兩種材料載流子濃度差異反轉(zhuǎn)，異質(zhì)結(jié)內(nèi)建電場(chǎng)也發(fā)生了扭轉(zhuǎn)，界面電荷轉(zhuǎn)移增強(qiáng)；③利用第一性原理揭示了界面電荷轉(zhuǎn)移增強(qiáng)機(jī)理；④獲得了高響應(yīng)率的光電探測(cè)器；⑤在光電探測(cè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)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(yáng)能電池異質(zhì)結(jié)構(gòu)界面極化電荷的原子尺度新視角

許并社團(tuán)隊(duì)郝曉東副教授攜手重慶大學(xué)尹德強(qiáng)教授在太陽(yáng)能電池取得較大突破。即，①?gòu)漠愘|(zhì)界面極化電荷入手闡明太陽(yáng)能電池界面極化的潛在機(jī)制；②基于第一性原理發(fā)現(xiàn)界面極化電場(chǎng)由于界面上電子和空穴的再分布而產(chǎn)生；③發(fā)現(xiàn)半極性異質(zhì)界面極化電場(chǎng)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(chǎng)與內(nèi)建電場(chǎng)的協(xié)同作用機(jī)制；⑤在太陽(yáng)能電池領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)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(chǔ)鈉

許并社團(tuán)隊(duì)郝曉東副教授與材料學(xué)院劉曉旭教授在儲(chǔ)鈉領(lǐng)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(xiàn)可在其納米尺度的有序晶界及介孔中實(shí)現(xiàn)“共吸附”儲(chǔ)鈉；③利用球差校正透射電子顯微學(xué)（Cs-STEM）和X射線能譜儀（EDS）技術(shù)在原子尺度下深入揭示了石墨電極的“共吸附”儲(chǔ)鈉行為與機(jī)制；④在結(jié)晶碳材料儲(chǔ)鈉有著廣泛的應(yīng)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(jiǎn)單、高效、大規(guī)模合成高熵合金納米顆粒新技術(shù)

許并社團(tuán)隊(duì)郝曉東副教授與西北有色金屬研究院趙盤(pán)巢副研究員在高熵合金納米材料領(lǐng)域取得重大突破。即，①開(kāi)發(fā)了一種簡(jiǎn)單、高效和大規(guī)模制備高熵合金納米材料的技術(shù)—噴霧干燥結(jié)合熱分解還原方法;②實(shí)現(xiàn)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(xué)（Cs-STEM）與X射線能譜儀（EDS）技術(shù)在原子尺度下深入研究了鉑元素自催化作用及促進(jìn)高熵合金納米粒子形成機(jī)理；⑤在高熵合金納米材料設(shè)計(jì)與合成領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)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(yīng)用

許并社團(tuán)隊(duì)杜高輝教授在磁性電極電催化領(lǐng)域取得較大突破。即，①設(shè)計(jì)了聚吡咯（PPy）包裹的Ni/NiFe₂O₄核殼納米球的磁性電極；②構(gòu)建了無(wú)粘結(jié)劑磁性電極，提高反應(yīng)活性的同時(shí)亦能提升催化劑回收；③揭示了PPy包覆對(duì)電解質(zhì)與Ni/NiFe₂O₄之間的離子傳輸速率和活性位點(diǎn)的反應(yīng)效率的調(diào)控機(jī)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(lǐng)具有廣泛的應(yīng)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(guò)渡金屬納米結(jié)構(gòu)電催化劑的化學(xué)能驅(qū)動(dòng)鋰化制備

許并社團(tuán)隊(duì)杜高輝教授在雙金屬電催化領(lǐng)域取得較大突破。即，①通過(guò)一種化學(xué)能量驅(qū)動(dòng)鋰化方法均勻尺寸和超細(xì)的金屬納米顆粒；②構(gòu)建了高濃度的表面和邊界缺陷（無(wú)序原子比例可達(dá)40%）；③獲得十分優(yōu)異的電催化活性（HER過(guò)電位為127 mV@100 mA cm^-2）；④在過(guò)渡金屬電催化領(lǐng)域具有十分廣泛的應(yīng)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(zhuǎn)化用于鋰硫電池中

許并社團(tuán)隊(duì)杜高輝教授在鋰硫電池領(lǐng)域取得較大突破。即，①構(gòu)建了多孔三維網(wǎng)絡(luò)BiOI/碳纖維核殼復(fù)合材料體系；②該體系具備高比表面積、豐富的活性位點(diǎn)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(qiáng)相互作用；④獲得了優(yōu)異的電池性，高硫負(fù)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(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)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(yù)鋰化邊緣富集的MoS₂納米片鑲嵌碳纖維作為保護(hù)層穩(wěn)定金屬鋰負(fù)極

許并社團(tuán)隊(duì)蘇慶梅教授在鋰電池領(lǐng)域取得較大突破。即，①構(gòu)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L(zhǎng)i金屬負(fù)極的保護(hù)層，并通過(guò)MoS₂和Li的自發(fā)化學(xué)反應(yīng)在Li箔表面原位構(gòu)建了高離子電導(dǎo)率(Li₂S/Mo)鈍化層；②Mo顯著降低了Li成核的過(guò)電位，實(shí)現(xiàn)了鋰的均勻電鍍/剝離，引導(dǎo)Li在三維CNF框架腔內(nèi)沉積，從而有效抑制Li枝晶的生長(zhǎng)；③Li₂S作為一種有效的添加劑，具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性和高的離子電導(dǎo)率，促進(jìn)了均勻而堅(jiān)固的SEI形成，成功實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的鋰負(fù)極；④獲得了循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能；⑤為實(shí)現(xiàn)實(shí)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(tuán)隊(duì)蘇慶梅教授在鋰電池領(lǐng)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(shù)，詳細(xì)研究了NCM811在不同截止電壓下的容量衰減機(jī)制；②發(fā)現(xiàn)了在4.9V電壓下NCM811的晶體結(jié)構(gòu)從層狀結(jié)構(gòu)演變?yōu)閹r鹽相的新現(xiàn)象；③揭示了NCM811在4.9V的高截止電壓下的降解機(jī)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(chǔ)。

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(tuán)隊(duì)趙雯琦副教授在鋰離子電容器取得較大突破。即，①構(gòu)建了高彈性的碳納米管-介孔碳海綿三維網(wǎng)絡(luò)多孔結(jié)構(gòu)；②通過(guò)調(diào)控介孔碳層的多孔結(jié)構(gòu)（關(guān)鍵因素包括孔有序度、孔道長(zhǎng)度）研究了微觀結(jié)構(gòu)對(duì)電化學(xué)性能的影響；③獲得了高比電容和電荷的快速存儲(chǔ)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(dá)到30.7 Wh/kg的能量密度；④在鋰離子電容器領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)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(yīng)器的界面工程：從機(jī)制到前景

許并社團(tuán)隊(duì)余愿教授在光催化領(lǐng)域取得較大突破。即，①提出以皮克林乳液（PE）微反應(yīng)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(diǎn)受限等問(wèn)題；②對(duì)PE體系光催化機(jī)制進(jìn)行獨(dú)到的剖析；③為后續(xù)PE微反應(yīng)器在光電領(lǐng)域、生物燃料升級(jí)、可再生能源轉(zhuǎn)化的工業(yè)發(fā)展和應(yīng)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(tuán)隊(duì)余愿教授/孫東峰副教授在電解水催化領(lǐng)域取得較大突破。即，①開(kāi)發(fā)了一種FeNi₂P三維納米片陣列電催化劑電極；②發(fā)現(xiàn)異質(zhì)Fe原子的引入，調(diào)制了Ni₂P的電子結(jié)構(gòu)，使其具有更低的氫吸附能和更快的析氫反應(yīng)動(dòng)力學(xué)；③獨(dú)特的三維納米結(jié)構(gòu)，有利于電解質(zhì)溶液在其表面滲透、有利于電解反應(yīng)產(chǎn)生氣體逸出、也有利于更多活性位點(diǎn)的暴露；④獲得了很好的析氫和析氧反應(yīng)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(lǐng)域有著重要的應(yīng)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(fù)合電催化劑

許并社團(tuán)隊(duì)余愿教授/孫東峰副教授鈷基復(fù)合電催化領(lǐng)域取得較大突破。即，①開(kāi)發(fā)了一種鈷納米顆粒和石墨烯復(fù)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(diǎn)催化性能，已經(jīng)接近全貴金屬電極電解池(RuO₂|| Pt)；④在電催化領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)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(guò)調(diào)節(jié)形態(tài)發(fā)生的循環(huán)應(yīng)變促進(jìn)黑色素瘤細(xì)胞增殖

許并社團(tuán)隊(duì)楊英俊副教授在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域取得較大突破。即，①設(shè)計(jì)并制作了可提供循環(huán)拉伸應(yīng)力刺激的細(xì)胞培養(yǎng)裝置并應(yīng)用于研究拉伸應(yīng)力刺激影響黑色素瘤增值的作用機(jī)制；②發(fā)現(xiàn)循環(huán)拉伸應(yīng)力刺激可通過(guò)調(diào)控黑色素瘤細(xì)胞形態(tài)發(fā)生過(guò)程作用于力傳導(dǎo)通路并最終影響黑色素瘤細(xì)胞的增殖能力；③為理解肢端黑色素瘤發(fā)生發(fā)展機(jī)制提供新的思路；④在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)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(qiáng)濤濤 編輯：劉倩）