张华教授课题组2019年研究成果集锦
纳米人编辑部 纳米人 2019-12-26
纳米人编辑部对2019年国内外重要科研团队的代表性重要成果进行了梳理,今天,我们要介绍的是亚太材料科学院院士、香港城市大学胡晓明讲座教授张华老师


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张华教授此前的研究领域包括超薄二维纳米材料的合成(如金属薄片、石墨烯、金属硫化物、金属有机框架、共价有机骨架等)、复合材料在纳米/生物传感器/清洁能源等方面的应用、新型金属和半导体纳米材料、光刻微纳米尺度表面结构、纳米和生物材料自组装单分子膜等。
 
近年来,张华教授主要致力于纳米材料的相工程(Phase Engineering of Nanomaterials,简称PENs)。目前涉及的材料体系包括贵金属纳米材料、过渡金属硫族化合物、多孔框架材料等。
 
下面,我们简要总结了张华教授课题组2019年部分研究成果,供大家交流学习。
1)仅限于通讯作者文章,以online时间为准。
2)由于学术有限,所选文章及其表述如有不当,敬请批评指正。
 
以下分为四个方面展开:
Part Ⅰ 过渡金属硫族化合物体系(TMD)
Part Ⅱ 贵金属材料体系
Part Ⅲ 多孔材料体系(MOF/COF/ZIF)
Part Ⅳ 其他材料体系
 
Part Ⅰ 过渡金属硫族化合物体系(TMD)
 
1. 寻求p型二维半导体材料ACS Nano观点
香港城市大学/南洋理工大学的张华教授发表了关于寻求p型二维半导体材料的展望。二维(2D)半导体材料被广泛的应用在光电学,自旋电子学和催化领域。当前报道的2D半导体主要包括过渡金属二卤化物(TMDs),分层的元素材料(例如黑磷(BP),硅橡胶,碲等),和层状的单硫属元素化物(例如SnS,GeS,GeSe等)/三卤化物(例如HfS3,TiS3,Bi2Te3等)。诸如MoS2和WSe2之类的TMDs在许多基础研究和潜力应用研究方面仍然是最通用的2D半导体。
 
由于界面电荷的强电子掺杂杂质和固有的结构缺陷,大多数2D半导体是n型。另外,在金属/2D半导体界面处的费米能级钉扎导致空穴注入的肖特基势垒高度变大,大大阻碍了2D半导体中的p型导电。例如,MoS2是研究最多的2D半导体之一,其间接带隙主要为n型。从其本体/多层形式的1.2 eV的间接带隙到其单层的〜1.8 eV的直接带隙。MoS2可以被视为本征n掺杂,因为超薄MoS2层的掺杂水平受表面吸收剂/支撑基材的环境掺杂和硫空位的电子掺杂支配。但是,p型2D半导体家族相对较小,这限制了2D半导体在实际情况中的广泛应用。
 
p型2D半导体在许多电子领域是至关重要的光电器件,例如互补逻辑电路,光电晶体管和发光二极管(LED)。通过使用具有不同功函数的金属进行接触工程,可以分别在WSe2和MoS2通道上获得p型和n型导电,然后将其用于构建CMOS逻辑逆变器。但是,由于较强的费米能级固定效应,很少同时在2D晶体管上实现平衡的电子和空穴传输,这限制其在逻辑功能和电路中的应用。
 
此外,p型2D半导体作为范德华功能异质结构(VDWH)中的组分中不可缺少的部分,已显示出前所未有的设备性能以及超出其功能范围的奇特特性/功能。一个简单的VDWH设备是由一个p型2D半导体(WSe2)堆叠到n型上2D半导体(例如MoS2,MoTe2,WS2等),可以实现具有二极管特性的二维PN结。通过进一步集成具有多个2D的p型半导体材料,可以使用更复杂的垂直结构用于光电器件,例如高性能光电探测器,其中的光生载流子可以是在超短通道内有效分离和收集长度(通道长度由2D材质的厚度决定)。有趣的是,分子或离子可以插入p型2D材料中,以量身定制的电子产生高度有序的范德华超晶格属性。

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Qiyuan He,Yuan Liu, Chaoliang Tan, Wei Zhai, Gwang-hyeon Nam, Hua Zhang*. Quest forp-Type Two-Dimensional Semiconductors. ACS Nano 2019.
DOI:10.1021/acsnano.9b07618
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.9b07618
 
2. 重新定义电催化中几个关键问题丨Nature Materials
在半导体电催化领域,半导体-电解质界面至关重要,甚至决定了整个反应。通过多年的研究和对实验现象的深入观察,新加坡南洋理工大学刘政、张华、王岐捷等人重新定义了电催化领域的几个关键问题。一方面,他们基于原位电池技术对半导体导电性进行了调控,发现了一种普遍存在的自门控现象。另一方面,他们发现,半导体类型对电催化反应有一定适应性,譬如n型半导体适合阴极HER,而p型半导体适合阳极OER。这一研究打破了很多常规认识,对电催化领域意义重大。


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YongminHe, Qiyuan He et al. Self-gating in semiconductor electrocatalysis. NatureMaterials 2019.
DOI:10.1038/s41563-019-0426-0
https://www.nature.com/articles/s41563-019-0426-0
 
3. 利用MoSe2纳米片组装的纳米微球为模板合成杂化纳米结构的一般方法Research
层状的过渡金属硫族化合物和过渡金属磷化物具有成本低、资源丰富、HER性能较突出等优点。将这两者组装成的杂化异质结具有协同效应,可能会使HER性能进一步提升。有鉴于此,南洋理工大学/香港城市大学张华教授课题组报道了一种合成MoSe2基杂化纳米结构的通用方法,包括MoSe2-Ni2P, MoSe2-Co2P,MoSe2-Ni, MoSe2-Co和MoSe2-NiS。实验预先合成MoSe2纳米片组装的纳米微球,再通过胶体合成法将Ni2P,Co2P, Ni, Co和NiS纳米结构生长上去。当用作酸性HER电催化剂时,杂化纳米结构表现出高活性和稳定性。其中,MoSe2-Co2P复合物的HER活性最高,在10 mA cm-2电流密度下对应的过电势为167 mV。

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Shikui Han, Hua Zhang, et al. A General Method for the Synthesis ofHybrid Nanostructures Using MoSe2 Nanosheet-Assembled Nanospheres asTemplates. Research, 2019.
DOI: 10.34133/2019/6439734
https://spj.sciencemag.org/research/2019/6439734/
 
4. 1T′‐MoS2的面内各向异性丨AM
晶相在决定材料物化性质中起到了关键的作用。目前,过渡金属硫族化合物的许多物相已被发现,例如八面体相(1T)、扭曲八面体相(1T′)以及三角棱柱相(2H)。其中,1T′相在各类应用中具有独特的性质和优势。此外,在1T′相中,过渡金属形成了锯齿链状,由此产生了有趣的面内各向异性。有鉴于此,南洋理工大学/香港城市大学张华教授课题组采用角分辨拉曼光谱和电学测试对介稳的1T′-MoS2的面内光学/电学各向异性进行了研究。结果显示,角分辨拉曼光谱中J1和J2峰的解卷积是高质量1T′-MoS2晶体的一个关键特征。此外,由于晶体的各向异性导致了电荷输运的各向异性,材料的催化性能也可能受到晶体取向的影响。

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Gwang‐Hyeon Nam, Qiyuan He, Xingzhi Wang, Yifu Yu, Junze Chen, KangZhang, Zhenzhong Yang, Dianyi Hu, Zhuangchai Lai, Bing Li, Qihua Xiong, QingZhang, Lin Gu, Hua Zhang. In‐Plane Anisotropic Properties of 1T′‐MoS2 Layers. Advanced Materials, 2019.
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201807764
 
5. 用于电化学储能的层状过渡金属双硫属化物基纳米材料丨AM综述
电化学能量存储(EES)系统的快速发展需要高性能的新型电极材料。层状过渡金属双硫属化物(TMDs,一种典型的2D纳米材料)由于其大的比表面积和有利于快速离子迁移的层结构,被认为是用于EES系统的有希望的材料。新加坡南洋理工大学张华等对TMDs用于EES领域的研究进行了总结。
 
作者首先总结了制备TMDs和基于TMD的纳米杂化材料的典型方法。然后,讨论了为改善各种可再充电电池的电化学性能,例如锂离子电池,锂硫电池,钠离子电池和其他类型的新兴电池,设计和制造层状TMDs基电极材料的策略。此外,还介绍了基于层状TMD的纳米材料在超级电容器中的应用,尤其是在非传统超级电容器中的应用。最后,提出了该领域存在的挑战和有前景的未来研究方向。

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QinbaiYun, Hua Zhang *, et al. Layered Transition Metal Dichalcogenide‐Based Nanomaterials for Electrochemical Energy Storage. Adv. Mater. 2019,
DOI: 10.1002/adma.201903826
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201903826
 
Part Ⅱ 贵金属材料体系
 
6. 4H相贵金属孪晶结构形成的纳米风筝丨Nature Commun.
贵金属中通常会存在孪晶。近年来,孪晶的吸引力在逐渐上升,因为其能明显改变金属纳米材料的物化性质。但从文献来看,之前所报道的贵金属孪晶结构都只具有密堆积型{111}孪晶面。在此,南洋理工大学/香港城市大学张华教授课题组制备了一种Au纳米风筝,其具有非密堆积的孪晶面。实验上采用弯曲的4H/fcc/4H-Au异质纳米带作为模板,制备了具有孪晶结构的4H相Au纳米风筝,其具有非密堆积的{10-12}或{101-6}孪晶面。进一步地,作者采用Au纳米风筝作为模板,制备了孪晶4H-Au@Ag和孪晶4H-Au@PdAg核壳纳米结构。

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Niu, W., Liu, J., Huang, J. et al. Unusual 4H-phase twinned noble metalnanokites. Nat Commun 10, 2881 (2019) doi:10.1038/s41467-019-10764-2
https://www.nature.com/articles/s41467-019-10764-2#article-info
 
7. 超薄4H-Au纳米带的热效应和瑞利不稳定性丨Matter
超薄金属纳米结构的热稳定性是其实际应用时的一个重要问题。早前张华教授课题组所制备的4H-Au纳米带可能在纳米电子、等离激元和催化等方面具有潜在应用;然而,关于其高温下热稳定性的理解尚不深刻。在此基础上,香港城市大学陆洋博士,Jun Song,张华教授等人通过原位TEM对超薄4H-Au纳米带的热效应进行了系统研究。结果发现,在中等强度电子束加热至低于400 K时,材料出现了瑞利不稳定性,但未发现其他明显相变。但当温度上升至~800 K时,材料发生了从4H到fcc的相变,这与分子动力学模拟相一致。

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Peifeng Li, Ying Han, Xiao Zhou, Jun Song*, Hua Zhang*, Yang Lu*, et al. Thermal Effect and RayleighInstability of Ultrathin 4H Hexagonal Gold Nanoribbons. Matter, 2019.
DOI: 10.1016/j.matt.2019.10.003
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2590238519302735
 
8. 贵金属纳米材料的尺寸依赖性相变丨Small
可控的相变过程对于合成新颖物相的纳米材料十分重要。采用原位手段对相变过程进行观测可以探究转变的机理。有鉴于此,南洋理工大学张华教授韩国基础科学研究院丁峰教授等人针对附着在4H/fcc Au纳米棒的4H区域(4H‐AuNDs)的fcc-Au纳米颗粒(fcc‐AuNPs),采用原位TEM对其相变行为进行了系统性研究。结果分析,相变依赖于[单晶纳米颗粒尺寸]/[4H‐AuNDs直径]的比值。此外,作者采用分子动力学模拟和理论建模来解释实验结果,建立了材料尺寸依赖的相变图,为fcc和4H Au之间的相变路径提供了一般参考。特别是,该方法具有普适性,可以用来研究其他金属纳米颗粒,例如附着于4H‐AuNDs 的Pd,Ag,PtPdAg。

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Faisal Saleem, Xiaoya Cui, Zhicheng Zhang, Zhongqiang Liu, Jichen Dong,Bo Chen, Ye Chen, Hongfei Cheng, Xiao Zhang, Feng Ding, Hua Zhang.
Size‐Dependent Phase Transformation of Noble Metal Nanomaterials. Small,2019.
DOI: 10.1002/smll.201903253
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/smll.201903253
 
9. 合成非常规fct晶相-PdM(M=Zn,Cd,ZnCd)纳米片,用于乙醇电催化氧化ACS Nano
最近,晶相工程成了调控贵金属催化剂物化性质、提升其催化性能的一个新兴策略。然而,制备具有非常规晶相的贵金属催化剂并同时实现理想的组分与形貌仍然是一大挑战。有鉴于此,香港城市大学/南洋理工大学张华教授通过简易的湿化学一锅法制备了一系列具有非常规fct晶相的PdM(M=Zn,Cd,ZnCd)纳米片,其厚度在5 nm以下。用于乙醇电催化氧化时,fct PdZn纳米片表现出比纯Pd纳米片和商业化Pd黑催化剂明显提升的质量活性和稳定性。

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Qinbai Yun, Qipeng Lu, Cuiling Li, Hua Zhangg*, et al. Synthesis of PdM(M = Zn, Cd, ZnCd) Nanosheets with an Unconventional Face-Centered TetragonalPhase as Highly Efficient Electrocatalysts for Ethanol Oxidation. ACS Nano,2019.
https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsnano.9b07775
 
10. 陈化的无定形/结晶态PdCu纳米片用于催化反应丨National Science Review
相工程正逐渐成为调控纳米材料性质与功能的一种新兴策略。其中,无定形/结晶态异相纳米结构具有一些有趣的性质。南洋理工大学张华和Hongfei Cheng等人采用一锅湿化学法制备了两种无定形/结晶态异相PdCu纳米片,一种为无定形相占优,另一种为结晶态占优。随后作者研究了PdCu纳米片的陈化过程,发现随着结晶度增加,物化性质也发生了改变。作为应用验证,作者研究了其陈化效应对4-硝基苯乙烯加氢反应的影响。结果显示,无定形相占优的PdCu纳米片最初具有优异的反应选择性;陈化14天后,其催化活性比结晶态占优的PdCu纳米片更高。

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Hongfei Cheng, Nailiang Yang, Xiaozhi Liu, Qinbai Yun, Min Hao Goh, BoChen, Xiaoying Qi, Qipeng Lu, Xiaoping Chen, Wen Liu, Lin Gu, Hua Zhang, Agingamorphous/crystalline heterophase PdCu nanosheets for catalytic reactions,National Science Review, 2019.
https://doi.org/10.1093/nsr/nwz078
 
11. 多金属核壳纳米片的元素分离丨JACS
多金属纳米结构由于其在催化反应中的广泛应用而受到越来越多的关注。新加坡南洋理工大学张华中科院物理所谷林等合作,报道了二维(2D)核-壳纳米片中的元素分离现象,随后在选择性电化学蚀刻后重新形成yolk笼纳米结构。作者使用PtCu纳米板作为模板,形成PtCu@Pd核-壳纳米板。
 
有趣的是,在PtCu@Pd核-壳纳米片上生长Ru的过程中,由于选择性元素扩散,获得了PtCuPd@PdCu@Ru纳米片。在使用电化学方法选择性蚀刻PtCuPd@PdCu@Ru中的PdCu之后,获得了PtCuPd@Ru yolk笼纳米结构。作为概念验证应用,与PtCu纳米板和商业Pt/C催化剂相比,这种独特的纳米结构显示出优异的电催化甲醇氧化反应(MOR)活性和稳定性。

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FaisalSaleem, Lin Gu*, Hua Zhang*, et al. Elemental Segregation in MultimetallicCore-Shell Nanoplates. J. Am. Chem. Soc., 2019
DOI: 10.1021/jacs.9b05197
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b05197
 
12. 多层纳米片RuNi合金纳米结构用于高效电催化制氢丨Nano Energy
合理设计和合成高效电催化析氢反应催化剂是开发利用可再生氢能源的关键。新加坡南洋理工大学香港城市大学的张华教授团队通过一锅溶剂热法制备了由多层纳米片组成的RuNi合金纳米结构,该催化剂表现出优异的电催化活性,在碱性条件下,10 mA/cm2的过电位只有15mV,Tafel斜率仅为28 mV/dec,比商业Ru/C和Pt/C催化剂均要低,这种出色的电催化性能可以归因于高的电化学表面积(154m2/g)和镍合金效应的协同作用,两者共同促进了水的解离以及氢的吸脱附过程。该工作对于高效电催化新材料的合理设计和合成具有重要的借鉴意义。

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GuigaoLiu, Wei Zhou, Bo Chen, Qinghua Zhang, Xiaoya Cui, Bing Li, Zhuangchai Lai, YeChen, Zhicheng Zhang, Lin Gu, Hua Zhang. Synthesis of RuNi alloy nanostructurescomposed of multilayered nanosheets for highly efficient electrocatalytichydrogen evolution. Nano Energy, 2019.
DOI:10.1016/j.nanoen.2019.104173
https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2019.10417
 
Part Ⅲ 多孔材料体系(MOF/COF/ZIF)
 
13. 超薄MOF纳米带丨National Science Review
纳米尺度MOFs的结构工程正引起更广泛的研究兴趣,因为其通常具有体相MOF晶体不具有的独特性质和新功能。有鉴于此,北京化工大学刘军枫教授南洋理工大学/香港城市大学张华教授合作,通过采用金属氢氧化物纳米结构作为前驱体,制备出了超薄MOF纳米带。重要的是,这种方法具有通用性,能用来合成各类超薄MOF纳米带,例如MBDC(M = Co, Ni; BDC = [C8H4O4]2-),NiCoBDC,CoTCPP (TCPP = 中-四(4-羧基苯基)卟吩),以及MIL-53(Al)纳米带。作为应用验证,超薄CoBDC纳米带可用作检测DNA的荧光传感平台,并且具有很好的敏感性和选择性。

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Bingqing Wang, Meiting Zhao, Liuxiao Li, Ying Huang, Xiao Zhang, ChongGuo, Zhicheng Zhang, Hongfei Cheng, Wenxian Liu, Jing Shang, Jing Jin, XiaomingSun, Junfeng Liu, Hua Zhang, Ultrathin Metal-Organic Framework Nanoribbons,National Science Review, 2019.
https://doi.org/10.1093/nsr/nwz118
 
14. 通过调控MOFs孔道来提高催化选择性丨Chem. Commun.
南京工业大学霍峰蔚南洋理工大学/香港城市大学张华等人合作,提出了通过调控纳米颗粒/MOFs复合物中MOFs的孔道尺寸来提高催化选择性的策略。作者在合成材料后,采用不同链长的酸酐与配体的氨基进行反应,以调控MOFs孔道尺寸。改性的纳米颗粒/MOFs复合催化剂在烯烃加氢反应中具有更高的尺寸选择性。

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Ye Liu, Yu Shen, Weina Zhang, Jiena Weng, Meiting Zhao, Tingshun Zhu,Yonggui Robin Chi, Yanhui Yang, Hua Zhang and Fengwei Huo. Engineering channelsof metal–organic frameworks to enhance catalytic selectivity. ChemicalCommunications, 2019.
DOI: 10.1039/C9CC06061H
https://pubs.rsc.org/no/content/articlehtml/2019/cc/c9cc06061h
 
15. MOF用于太阳能水蒸发生产纯净水丨AM
太阳热水蒸发是一种很有前景的净水生产方法,已引发广泛的关注。然而,具有高的水蒸气生成能力和抗油污能力的太阳能水蒸发器却未见报道。新加坡南洋理工大学张华教授团队及其合作者报道了一种基于金属有机框架的多级结构材料(MHS),该材料同时具有高的太阳光吸收能力、超亲水、水下超疏油等性能。基于该材料组建的净水装置的太阳热水蒸发速率达1.50 kg m−2 h−1。更重要的是,该材料具有抗油污能力,对含油的水也具有高的蒸发性能。

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QinglangMa, Hua Zhang,* et al. MOF-Based Hierarchical Structures for Solar-Thermal Clean WaterProduction. Adv. Mater. 2019,
DOI:10.1002/adma.201808249
https://doi.org/10.1002/adma.201808249
 
16. [热解ZIF-67所得衍生颗粒+碳纤维] 串状异质材料作为高性能电催化剂丨Energy Storage Materials
ZIF-67由交替排列的Co原子和富N有机配体组成,使其成为产生Co、N共掺杂C(C-ZIF-67)催化剂的理想单源前驱体。在空气作为阴极时,C-ZIF-67颗粒催化剂通常具有有限的活性和稳定性,原因在于颗粒间的阻抗和分离。有鉴于此,新加坡科技研究局宗昀、刘昭林以及南洋理工大学张华等人合作,通过一种原位方法,在电纺PAN纤维上选择性生长ZIF-67,形成一种有趣的PAN@ZIF-67串状杂化结构。热解后,杂化结构转化为导电性的C-PAN@ZIF-67,分级结构被维持住。材料在碱性电解液中表现出高ORR活性,优良的稳定性。以C-PAN@ZIF-67作为阳极、空气为阴极的Zn空气电池在20 20mAcm2的高电流密度下具有稳定的放电电压1.24 V。在电池放点结束后,通过补充Zn负极和电解液,电池能持续工作;在10mAcm2的电流密度下,能连续工作38天,放电电压在1.0 V以上。最后,作者将自支撑的C-PAN@ZIF-67片直接用作锌空气电池的柔性正极,结果显示电池在平坦和弯曲状态下都具有高放电电压。

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Bing Li, Yun Zong, Zhaolin Liu, Hua Zhang, et al. String of pyrolyzedZIF-67 particles on carbon fibers for high-performance electrocatalysis. EnergyStorage Materials, 2019.
DOI: 10.1016/j.ensm.2019.10.021
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2405829719310177
 
Part Ⅳ 其他材料体系
 
17. 空腔与壳层可调控的异质TiO2微球提升振实密度与赝电容钠离子存储丨AM
具有独特纳米结构的插入型阳极材料在电化学金属离子存储方面具有广阔的应用前景。西北工业大学的黄维院士南洋理工大学的于霆教授南洋理工大学/香港城市大学的张华教授团队合作设计制备了具有可调内部和外壳的异质结构TiO2纳米球,从而增强了赝电容响应,并表现出良好的Na+存储动力学和性能。
 
此外,在外部壳层中设计合理的纳米片也可以减少分层结构产生的多余空间,从而提高TiO2碎片的堆积密度,利用密度泛函理论对TiO2晶体中钠离子的插入和扩散进行了详细的计算,进一步证明了表面可控的赝电容性钠离子存储机制的重要性。本文的结构设计策略对制备高速率、高体积能密度的电极材料有一定的指导意义。

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XinXu, Bo Chen, Junping Hu, Bowen Sun, Xiaohui Liang, Nan Li, Shengyuan A. Yang,Hua Zhang, Wei Huang, Ting Yu. Heterostructured TiO2 Sphereswith Tunable Interiors and Shells toward Improved Packing Density andPseudocapacitive Sodium Storage. Advanced Materials, 2019.
DOI:10.1002/adma.201904589
https://doi.org/10.1002/adma.201904589
 
18. 金属掺杂2D W2C用于全pH范围内的高效稳定产氢丨Research
南洋理工大学颜清宇教授张华教授等人通过碳化WO3、PVP、金属掺杂剂的混合物,制备了过渡金属掺杂的W2C纳米片(M-doped W2C NSs, M=Fe, Co, Ni)。纳米片直接生长在W网上,横向尺寸为几百个nm到几个μm,厚度为几十个nm。实验证明,过渡金属掺杂的W2C纳米片具有优异的HER电催化活性。其中,Ni-W2C纳米片(2 at% Ni)在酸性(pH=0),中性(pH=7.2)和碱性(pH=14)溶液中的起始电位/塔菲尔斜率分别为4 mV/39 mV dec−1,9 mV/51 mV dec−1和19 mV/87 mV dec−1,性能与商业Pt/C催化剂接近。DFT计算表明,Ni-W2C吸附H的吉布斯自由能与理想值-0.073eV十分接近,而W2C的对应值为-0.16eV。此外,在上述环境下,材料实现了接近100%的法拉第效率和长期稳定性。

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Edison H. Ang, Khang N. Dinh, Xiaoli Sun, et al., “Highly Efficient andStable Hydrogen Production in All pH Range by Two-Dimensional StructuredMetal-Doped Tungsten Semicarbides,” Research, 2019.https://doi.org/10.34133/2019/4029516
 
19. 面向电催化的二维纳米结构材料的限域合成丨AEM进展报告
2D纳米结构材料由于其独特的结构特点和有趣的物化性质,在能源转化中具有巨大的前景。因此,开发能够有效调控2D纳米结构材料的组分和形貌的方法是至关重要的。最近新兴的“限域合成”在设计/制备2D纳米结构材料中具有前景。有鉴于此,北京化工大学邵明飞教授卫敏教授南洋理工大学/香港城市大学张华教授等人合作,对以层状材料为母体限域合成2D纳米结构材料的最新研究进展进行了总结。由于层状母体存在空间、表面限域效应,研究者能制备各种结构良好的2D纳米结构材料,包括2D金属,2D金属化合物,2D碳材料,2D高分子,2D MOFs/COFs,以及2D C3N4。在此基础上,作者讨论了这些2D材料在电催化中的应用,包括OER,HER,ORR和小分子氧化。最后,作者从设计新材料、探索实际应用的角度提出了限域合成2D纳米材料的挑战和前景。

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Zhenhua Li, Xiao Zhang, Hongfei Cheng, Jiawei Liu, Mingfei Shao, MinWei, David G. Evans, Hua Zhang, Xue Duan. Confined Synthesis of 2DNanostructured Materials toward Electrocatalysis. Advanced Energy Materials,2019.
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aenm.201900486
 
20. 基于半导体纳米材料的外延异质结构:湿化学合成和应用丨Nano-Micro Letters综述
组成形貌可控的半导体纳米材料基外延异质结构在光电,热电,催化等领域有着重要应用。目前,文献中报道了各式各样的外延异质结构。在这篇综述中,南洋理工大学/香港城市大学张华教授团队首先介绍了通过湿化学方法合成半导体纳米材料基外延异质结构,接着总结了基于不同晶种、模板的各类结构构筑,并讨论了相应的生长机理。基于材料的制备,作者描述了在光电子学、催化、热电等方面的应用。最后,作者提出了该领域的一些挑战,并表达了对未来研究方向的观点。

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Chen, J., Ma, Q., Wu, XJ. et al. Nano-Micro Lett. (2019) 11: 86.
DOI: 10.1007/s40820-019-0317-6
https://link.springer.com/article/10.1007/s40820-019-0317-6#aboutcontent
 
除此之外,张华教授课题组2019年在纳米材料晶相工程及催化、能源、传感等领域还发表了一系列重要成果,由于内容较多,在此不一一列出。感兴趣的读者可前往张华教授课题组网站学习。
 
张华教授简介
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张华,1971年生,1992/1995年获南京大学学士/硕士学位,1998年获北京大学博士学位(导师:刘忠范院士)。此后到比利时的Katholieke Universiteit Leuven的Prof. Frans C. De Schryver课题组从事博士后研究。1999年2月到美国西北大学Prof. Chad A. Mirkin组从事博士后研究。2001年8月,作为研究科学家在美国NanoInkInc. (USA)工作。2003年9月,到新加坡生物工程与纳米技术研究所工作。2006年8月,加入南洋理工大学材料科学与工程学院(助理教授),2011年3月晋升为副教授,2013年9月晋升为教授。2019年,全职加盟香港城市大学化学系,任胡晓明讲座教授。
 
张华教授的研究领域包括超薄二维纳米材料的合成(如金属薄片、石墨烯、金属硫化物、金属有机框架、共价有机骨架等)、复合材料在纳米/生物传感器/清洁能源等方面的应用、新型金属和半导体纳米材料、光刻微纳米尺度表面结构、纳米和生物材料自组装单分子膜等。近年来的研究重点为纳米材料的相工程。
 
目前张华教授受邀参与5册书籍出版,74项专利申请(包括8项获得美国专利和1项新加坡专利)和480多篇论文,Web of Science被引用超过66,000次,H-index 达到123。
 
张华教授于2014年当选英国皇家化学学会会士(FRSC),2015年当选亚太材料科学院(APAM)院士。入选“全球最有影响力科学思想科学家名录”和“高被引科学家名单”(2014-2017,汤森路透), “17位世界最具影响力科学家”(2014,汤森路透) 和“19位世界最具影响力科学家(2015,汤森路透)”,美国化学学会ACS Nano Lectureship奖(2015), 世界文化理事会(WCC)特别表彰奖(2013), the ONASSIA Foundation Lectureship (Greece, 2013), AsianRising Stars (15th Asian Chemical Congress,2013), SMALL青年创新奖(Wiley-VCH, 2012)和南洋杰出研究奖(2011)等。
 
课题组链接:
原单位[南洋理工大学课题组主页]
http://www.ntu.edu.sg/home/hzhang/
现单位[香港城市大学]
http://www.cityu.edu.hk/chem/profile/hzhang.html
(城大网站建设ing)
 
(注:以上简介整理自网络及张华教授课题组网站)

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