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，我们要介绍的是新加披南洋理工大学Cheng Tsang Man讲座教授、英国皇家化学会会士楼雄文教授。
楼雄文教授的主要研究方向是金属氧化物框架结构（MOF）材料合成与在能源与环境相关领域的应用，具体可分为电催化、光催化、电池及电容器等能源转化及存储领域。课题组网站显示，2019年，楼雄文教授发表约26篇论文（通讯作者）。
（图片来源：楼雄文教授课题组网站）
我们简要总结了楼雄文教授团队2019年的这26篇研究成果，供大家交流学习。（其他未涉及到的论文，建议大家前往课题组网站学习）。另外：
1） 本文仅限于楼雄文教授作为通讯作者的论文（不包括序言、短篇评述等），以online时间为准。
2）由于学术水平有限，所选文章及其表述如有不当，敬请批评指正。
以下篇幅分为3个方面展开：
Part Ⅰ 电催化
Part Ⅱ 电池
Part Ⅲ 光催化
Part Ⅰ电催化
1. 一维串状铂镍合金纳米笼助力燃料电池ORR性能丨Science
ORR是新能源转换技术如燃料电池和金属-空气电池的核心反应。研发低成本，高活性和高稳定的阴极氧还原催化剂是实现众多新能源技术开发和推广的关键。 近年来，对催化剂稳定性，特别是膜电极及电池器件服役与失效的研究仍然较少。此外，将催化剂应用于膜电极和电池水平测试是催化剂真正走向实用化的关键。零维结构的空心球或者纳米框架结构可以实现催化剂内外表面的同时利用，能够极大的提升贵金属的使用效率和催化活性；相对于零维颗粒，一维结构的各相异性同载体具有更多的接触位点，能够带来更好的结构和催化稳定性。 然而，采用一维铂合金催化剂制备的膜电极还未见报道，其催化稳定性并未在实际燃料电池测试中得到体现。
华中科技大学夏宝玉教授课题组和南洋理工大学楼雄文教授课题组采用腐蚀（电）化学方法对铂基催化剂的近表面结构和组分进行调控，获得具有一维结构的串状铂镍纳米笼结构，实现高稳定性的一维结构和高活性的合金空心结构等特征的有效结合，从而改善了铂镍合金催化剂服役水平和寿命。该催化剂的质量活性和比活性达到3.52 A mgPt-1 and 5.16 mA cmPt-2，展示出极为优异的稳定性，经过连续五万圈循环活性只衰减了1.3%。以该催化剂制备的氢-空燃料电池(0.6 V, 1.5 A cm-2) 和自呼吸燃料电池（170 mAcm-2）均展示出了较高的服役性能和优异的放稳定性。该方法结合了一维结构的高稳定性和空心合金结构的高活性等优势，为制备具有实用性的铂合金催化剂提供了一种新的思路。
点击阅读：《华中科大Science：夏宝玉/楼雄文把燃料电池进一步推向实用化！》
X. Tian#, X. Zhao#,Y.Q. Su#,L. Wang, H. Wang, D. Dang, B. Chi, H. Liu, E.J.M. Hensen,X.W. Lou* and B.Y.Xia*. Engineering BunchedPt-Ni Alloy Nanocages for Efficient OxygenReduction in Practical Fuel Cells. Science 2019
DOI: 10.1126/science.aaw7493
https://science.sciencemag.org/content/366/6467/850
2. 超细双相碳化物纳米晶限域在多孔氮掺杂碳十二面体中助力HER丨AM.
设计结构和组成可控的新型非贵金属高效电催化剂用于析氢反应(HER)是一大挑战。近日，新加坡南洋理工大学楼雄文团队用钼酸盐或钨酸盐对 ZIF‐8进行退火，合成了多孔氮掺杂十二面体(PNCDs)限域的超细碳化物纳米晶。通过控制ZIF‐8框架中MO4单元(M = Mo或W)的取代量，可以获得限域在PNCDs中的双相碳化物纳米晶（MC‐M2C/PNCDs)，其HER的活性优于单相MC/PNCDs和M2C/PNCDs。催化剂中均匀分布的超细纳米晶有利于活性位点的暴露。PNCDs作为载体促进电荷转移，保护纳米晶体在HER过程中不团聚。此外，MC和M2C之间的强耦合相互作用为水解离和氢气脱附提供了有利的场所。
XueFeng Lu, Xiong Wen (David) Lou *, et al. Ultrafine Dual‐Phased Carbide NanocrystalsConfined in Porous Nitrogen‐Doped Carbon Dodecahedronsfor Efficient Hydrogen Evolution Reaction. Adv. Mater. 2019
DOI: 10.1002/adma.201900699
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201900699
3. 多孔石墨碳多面体中锰氧化物和钴的界面增强OER/ORR丨AM.
合理设计和合成高活性、高稳定性的双功能非贵金属析氧反应(OER)和氧还原反应(ORR) 电催化剂的对高效可充电金属空气电池至关重要。河南师范大学高书燕和新加坡南洋理工大学楼雄文团队合作，以双金属有机框架为前驱体，通过简单的水热煅烧工艺，合成了MnO/Co/多孔石墨碳多面体(MnO/Co/PGC)复合材料。原位生成的Co纳米晶体不仅能产生具有高导电性的异质界面来克服不良的OER活性，而且还能促进形成稳定的石墨碳。所得到MnO/Co/PGC对OER和ORR均表现出优异的活性和稳定性，制备的锌空气电池具有优异的性能，峰值功率密度为172 mW cm−2，比容量为872 mAh g−1，且具有良好的循环稳定性(350次)，优于商业混合Pt/C||RuO2催化剂。
XueFeng Lu, Shuyan Gao,* Xiong Wen (David) Lou*, et al. Interfacing ManganeseOxide and Cobalt in Porous Graphitic Carbon Polyhedrons Boosts OxygenElectrocatalysis for Zn–Air Batteries. Adv. Mater. 2019
DOI: 10.1002/adma.201902339
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201902339
4. 多孔磷（氧）化铁钴纳米盒中的分子内电子偶联增强OER活性丨EES.
高效的电催化剂在提高水分解效率方面非常重要。楼雄文课题组开发了一种自模板策略，以构建多孔的磷化钴铁（Fe–Co–P）纳米盒，作为在碱性溶液中进行氧气释放反应的有前途的催化剂。构造的Fe–Co–P纳米盒具有出色的电催化活性，并在269 mV的小过电位下提供10 mA cm−2的电流密度。研究者监测了氧释放过程中金属磷化物的结构演变。X射线吸收近边缘结构分析和计算研究表明，该结构的优点以及通过P / O桥在Fe和Co原子之间进行的有效分子内电子偶联是大大提高电催化活性的原因。
H. B. Zhang, W.Zhou, J. C. Dong, X. F. Lu, X. W. Lou,* IntramolecularElectronic Coupling in Porous Iron Cobalt (oxy)phosphide Nanoboxes Enhances theElectrocatalytic Activity for Oxygen Evolution, Energy & Environmental Science, 12, 3348 – 3355 (2019).
DOI:10.1039/C9EE02787D
https://pubsrsc.xilesou.top/en/content/articlelanding/2019/ee/c9ee02787d/unauth#!divAbstract
5.双MOF衍生的钴铁合金/ N掺杂碳空心球助力电催化ORR丨Small
金属有机框架（MOF）复合材料最近被认为是有前途的前驱体，可以衍生出用于各种能源相关应用的高级金属/碳基材料。南洋理工大学Buyuan Guan和楼雄文课题组开发了双MOF辅助热解方法来合成Co-Fe合金@N掺杂的碳空心球。首先合成由聚苯乙烯球为核和用离散的铁基MOF纳米微晶封装的钴基MOF复合壳组成的新型核壳结构，然后进行热处理以制备由均匀分布在多孔N中的Co-Fe合金纳米颗粒组成的中空复合材料掺杂碳纳米壳。得益于其独特的结构和成分， Co-Fe合金@N掺杂的碳空心球表现出增强的氧还原反应电催化性能。
S. L. Zhang, B. Y. Guan,* X. W.Lou,* Co-Fe Alloy/N-Doped Carbon Hollow SpheresDerived from Dual Metal-Organic Frameworks for Enhanced Electrocatalytic OxygenReduction, Small, 15, 1805324 (2019).
DOI:10.1002/smll.201805324
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/smll.201805324
6. 揭示N掺杂碳基上负载的孤立Ni原子电催化析氧反应的活性起源丨AM.
探索用于析氧反应（OER）的高效电催化剂并揭示其活性来源对于能量转换技术至关重要。新加坡南洋理工大学楼雄文等报道了一种Ni位点原子级分布在N掺杂空心碳基体上，其在碱性条件下展示出高效OER性能。实验发现，优化活性Ni位点配位几何构型，可以观察到活性显著增强。X射线吸收光谱研究和DFT计算结果表明，通过Ni-N配位进行有效的电子偶联可以降低费米能级并降低中间体的吸附能，从而促进了OER动力学。
HuabinZhang, Xiong Wen (David) Lou*, et al. Unveiling the Activity Origin ofElectrocatalytic Oxygen Evolution over Isolated Ni Atoms Supported on a N‐Doped Carbon Matrix. Adv. Mater. 2019
DOI: 10.1002/adma.201904548
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201904548
7. 用于电催化总水分解的分层钴铁磷氧化物微管的构建丨Adv. Sci.
开发高效电催化剂是建立用于生产清洁和可持续燃料的水分解系统的关键要求，该目标可以通过微调电催化材料的组成和结构来实现。新加披南洋理工大学Jianwei Nai和楼雄文课题组开发了一种易于设计的自模板合成策略，用于制备分层的Co-Fe磷氧化物微管（MTs）。铁基MOF微棒首先被合成，并作为自牺牲模板。然后，通过水热法将铁基前体转化为分层的Co-Fe层状双氢氧化物MT，再通过磷化处理将其转化为分层的Co-Fe氧磷MTs。得益于所述组合物的协同作用和分层空心结构的优点，所获得的电催化剂显示出总体水分解的增强性能。
P. Zhang, X. F.Lu, J. W. Nai,* S. Q. Zang, X. W. Lou,* Constructionof Hierarchical Co-FeOxyphosphide Microtubes for Electrocatalytic OverallWater Splitting, Advanced Science, 6, 1900576 (2019).
DOI: 10.1002/advs.201900576
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.201900576
8.生物质衍生的分层多孔杂原子掺杂碳材料的通用双模板方法用于增强ORR丨Adv. Mater.
南洋理工大学楼雄文与河南师范大学高书燕团队报道了一种通用的双模板方法，该方法使用各种低成本的生物质前驱体来制备分层的大/中/微孔杂原子掺杂碳材料。以Mg5(OH)2(CO3)4/ ZnCl2为硬模板，葡萄糖/脲为碳源和杂原子源，通过高温热反应和随后的刻蚀，合成了具有分层孔隙率的氮/氧掺杂碳材料。该方法用途广泛，可用于通过其他生物质前体（包括根，茎，叶，花和各种植物的果实）的热解来生产许多分层结构的杂原子掺杂碳材料。最后，研究者证明了所制备的分层多孔氮/氧掺杂碳材料在碱性电解质中表现出增强的氧还原电催化性能。
X. G. Li,# B.Y. Guan,# S. Y. Gao,* X. W. Lou,* A GeneralDual-Templating Approach to Biomass-Derived Hierarchically PorousHeteroatom-Doped Carbon Materials for Enhanced Electrocatalytic OxygenReduction, Energy & Environmental Science, 12, 648 – 655 (2019).
DOI: 10.1039/c8ee02779j
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/EE/C8EE02779J#!divAbstract
9. 全pH范围的高效稳定析氢催化剂丨Sci.Adv.
南洋理工大学楼雄文教授课题组成功制备出一种高晶态的Ni掺杂FeP/C多孔纳米棒，并用于电化学析氢反应中。研究发现，该催化剂在全pH范围均具有高效且稳定的析氢活性，在10 mA cm−2电流密度下，酸性，中性和碱性电解质中的过电位分别为72, 117和95 mV。XPS和理论计算表明，超高的活性源于材料结构，电子性能以及活性组分的综合调控。
XueFengLu, Le Yu and Xiong Wen (David) Lou*. Highly crystallineNi-dopedFeP/carbon hollow nanorods as all-pH efficient and durable hydrogenevolvingelectrocatalysts. Science Advances, 2019.
DOI: 10.1126/sciadv.aav6009
http://advances.sciencemag.org/content/5/2/eaav6009
10. 生长在多通道碳基上的Bi2O3纳米片助力电催化CO2还原为HCOOH丨Angew.
将CO2电化学还原为液体产品是实现碳循环的一种有吸引力的方法。然而，大多数电催化剂催化CO2还原反应(CO2RR)通常存在催化活性差、法拉第效率(FE)和能源效率(EE)低、稳定性差等问题。新加坡南洋理工大学楼雄文团队在导电多通道碳基底(MCCM)上地生长Bi2O3纳米片用于电催化CO2RR反应。实验发现，该催化剂在较小的过电位下，局部电流密度可达17.7 mA cm-2，且能高选择性电催化CO2还原为HCOOH，在宽电位窗下FE接近90%，在电压-1.256 V时，FE达到最大值93.8%。此外，在过电位为0.846 V时，该催化剂工作12小时，活性衰减很小，最大EE值为55.3%。该催化剂优异的性能主要归功于MCCM和Bi2O3纳米片的协同作用。
SubiaoLiu, Xiong Wen (David) Lou*, et al. Bi2O3 NanosheetsGrown on Multi‐Channel Carbon Matrix Catalyze Efficient CO2 Electroreductionto HCOOH. Angew. Chem. Int. Ed., 2019
DOI: 10.1002/anie.201907674
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201907674
11. 超细SnO2量子线高效CO2RR制HCOOH丨Angew.
电催化CO2还原制高价值产品有望缓解CO2排放带来的环境问题。虽然调节晶界(GBs)控制反应中间体的结合能，加快CO2RR速率广为报道，但是明确GBs与加快小尺寸纳米材料速率之间的关系仍然具有挑战。新加坡南洋理工大学楼雄文等团队合作，合成了表面富含GBs，由单个量子点组成的小于2nm的SnO2的量子线（QWs）。实验发现，SnO2 QWs能高效电催化CO2RR，具有高的电流密度，得到HCOOH的法拉第效率大于80%，C1产物法拉第效率大于90%；在宽的电位窗内能量效率大于50%，最高法拉第效率和能量效率分别可达87.3%和52.7%。
SubiaoLiu, Xiong Wen (David) Lou,* et al. Efficient ElectrochemicalReduction of CO2 to HCOOH over Sub-2 nm SnO2 QuantumWires with Exposed Grain Boundaries. Angew. Chem. Int. Ed., 2019
DOI: 10.1002/anie.201903613
https://doi.org/10.1002/anie.201903613
12. 金属多孔氮化铁和氮化钽单晶具有增强的电催化性能丨Adv. Mater.
改变材料的催化性能需要确定电化学活性表面的结构特征。单晶多孔材料结合了块状晶体的长程有序和多孔材料大表面积的优点，可以通过稳定二维晶格内固定的二维活性部分来创建足够的活性表面，并可能提供创建高能表面的替代方法用于动力学捕获的电催化。
中科院福建物构所谢奎和南洋理工大学楼雄文等人提出了一个基本概念，即通过前所未有的2 cm规模直接生长金属多孔氮化物（Fe3N和Ta5N6）单晶，以实现在多孔表面上构建具有不饱和氮配位的活性金属-氮部分。这些多孔单晶显示出0.1–1.0×105 S cm-1极高的电导率，而多孔晶体的原子表面层被证实是Fe3N的Fe终止层和Ta5N6的Ta终止层。具有独特电子结构的不饱和金属-氮部分（Fe6-N和Ta5-N3）显示出增强的电催化性能和耐久性。
F. Y. Zhang, S. Xi, G. Lin, X.Hu, X. W. Lou,* K. Xie,* MetallicPorous Iron-Nitride and Tantalum-Nitride Single Crystals with EnhancedElectrocatalysis Performance, Advanced Materials, 31,1806552 (2019).
DOI: 10.1002/adma.201806552
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.201806552
Part Ⅱ 电池
13. 用于钠离子电池的纳米结构电极材料丨Matter综述
鉴于与商业锂离子电池相比，钠离子电池（SIB）已成为大规模电能存储有希望的候选者，目前迫切需要开发具有坚固结构和增强的钠存储特性（例如高倍率能力，长循环寿命）的先进电极材料，以促进SIB的实际应用。由于小晶粒尺寸，独特的纳米结构，所需的组成以及多孔/空心结构的存在，纳米结构工程已成为改善电化学性能的有效方法。安徽大学Xin-Yao Yu和楼雄文课题组简要概述了用于SIB的纳米结构电极材料的设计和合成，通过强调各种具有增强储钠能力的纳米结构电极材料的优势，为高级SIB的未来发展提供一些启示。
Y. J. Fang, X. Y. Yu,* X. W. Lou,* Nanostructured ElectrodeMaterials for Advanced Sodium-Ion Batteries, Matter, 1, 90 – 114(2019).
DOI: 10.1016/j.matt.2019.05.007
https://www.cell.com/matter/fulltext/S2590-2385(19)30032-3#
14. 基于普鲁士蓝及其类似物的中空结构的电化学储能和转换丨AM.综述
由于其特殊的结构特征，中空结构具有令人着迷的理化特性和广泛的应用，特别是在电化学能量存储和转换方面。近年来，普鲁士蓝（PB）及其类似物（PBA）相关的纳米材料的研究已经出现，并因其成本低，制备简便，固有的开放框架和可调节的组成而引起了广泛的关注。
楼雄文课题组总结并讨论了基于PB和PBA的中空结构用于电化学能量存储和转换的研究进展。首先，从结构方面说明了基于PB和PBA的材料合成空心结构的一些非凡示例，即封闭的单壳空心结构，开放的空心结构和复杂的空心结构。此后，证明了它们作为锂/钠离子电池，混合超级电容器和电催化中潜在电极材料的应用。最后，总结了该领域的当前成就以及局限性和紧迫挑战，还提供了有关潜在解决方案和未来趋势的一些观点。
J. W.Nai, X. W. Lou,* Hollow Structures Based on Prussian Blue and itsAnalogs for Electrochemical Energy Storage and Conversion, AdvancedMaterials, 31, 1706825 (2019 ).
DOI:10.1002/adma.201706825
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.201706825
15. 氮掺杂碳包覆的子弹状Cu9S5中空颗粒用于钠离子电池丨Angew.
楼雄文课题组展示了以子弹状ZnO颗粒做模板，合成了氮掺杂碳包覆的子弹状Cu9S5空心颗粒（Cu9S5@NC）。由于其独特的结构和组成优势，该材料具有优异的储钠性能：高的倍率和超稳定的循环性能。首先制备子弹状ZnO固体颗粒，然后进行简单的阴离子交换过程以获得空心子弹状ZnS。在聚多巴胺（PDA）包覆和随后的碳化处理之后，获得氮掺杂碳包覆的ZnS（ZnS@NC）子弹状中空颗粒。通过随后的阳离子交换过程将空心子弹状ZnS@NC进一步转化为空心子弹状Cu9S5@NC。
Yongjin Fang, Xin-Yao Yu, and Xiong Wen (David)Lou*. Bullet-likeCu9S5 Hollow Particles Coated with Nitrogen-DopedCarbon for Sodium-Ion Batteries. Angewandte Chemie InternationalEdition, 2019.
DOI: 10.1002/anie.201902988
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201902988
16. 控制合成2-5层壳的硫化钴多壳纳米盒子用于钠离子电池丨Angew.
楼雄文和高书燕团队报道了一种MOF-结合“阴离子转换-交换”策略，用于合成具有精确控制用于钠电的硫化钴多壳纳米纳米盒（MSNB）壳的数量，离子的转换和交换反应可以实现衍生颗粒结构和组成的控制。具体过程，在碱性介质中从偏钒酸根离子转化的多钒酸根离子首先与钴基ZIF-67纳米立方体反应以形成ZIF-67 /多钒酸钴卵黄状核壳颗粒。然后，在中性条件下通过溶剂热处理，将形成的ZIF-67 /多钒酸钴卵黄状核壳颗粒逐渐转化为二钒酸钴多壳纳米盒子，通过改变温度可以容易地控制2-5范围内的壳数。最后，通过与S2-的离子交换反应和随后的退火处理，制备得到硫化钴多壳纳米盒子。当作为钠离子电池的负极时，最终的硫化钴多壳纳米盒显示出增强的钠储存性能。如，对于三壳纳米盒，在500mA g-1的电流密度下100次循环后可以保留438mAh g-1的高比容量。
XiaoWang, Ye Chen, Yongjin Fang, Jintao Zhang, Shuyan Gao, Xiong Wen (David) Lou,Synthesis of Cobalt Sulfide Multi‐shelled Nanoboxes withPrecisely Controlled 2‐5 Shells for Sodium‐Ion Batteries [J], Angew. Chem. Int. Ed. 2019.
DOI:10.1002/anie.201812387
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201812387
17. CuS@CoS2双壳纳米盒的合成用于储钠丨Angew.
金属硫化物因其高容量和良好的氧化还原可逆性而受到广泛的关注。然而，由于其倍率性能差、容量衰减快，严重阻碍了它们在钠离子电池中的实际应用。有鉴于此，南洋理工大学楼雄文等人开发了一种多步模板化策略，用于合理合成分层双壳纳米盒，其中由CoS2纳米薄片构建的外壳负载在CuS内壳上。由于结构和组成的优点，这些分层的CuS@CoS2纳米盒表现出更高的钠存储性能，具有高可逆容量、良好的倍率能力和优异的循环性能。
YongjinFang, Bu Yuan Guan, Deyan Luan, and Xiong Wen (David) Lou*. Elegant Synthesisof CuS@CoS2 Double‐Shelled Nanoboxes withEnhanced Sodium Storage Properties. Angew. Chem. Int. Ed., 2019
DOI:10.1002/anie.201902583
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201902583
18. CoO / Co-Cu-S分层管状异质结构的构建丨Angew.
用于超级电容器电极材料的分层中空结构可以扩大表面积、加速离子和电子的传输，并适应循环期间的体积膨胀。此外，异质结构的构建将增强内部电场以调节电子结构。
浙江师范大学胡勇和新加坡南洋理工大学楼雄文团队通过有效的多步法制备由纳米针组成的CoO / Co-Cu-S分层管状异质结构（HTHS）。首先电纺聚丙烯腈（PAN）-Co(Ac)2/Cu(NO3)2复合NF用作自模板，然后通过金属离子和2,5-二羟基对苯二甲酸（H4DOBDC）之间的配位形成PAN@MOF-74 核壳NF。随后，移除PAN核以产生HTHS时，MOF-74通过空气中退火转变成Co/Cu混合氧化物（表示为Co-Cu-O）。进一步通过在N2气氛中与S粉末退火，对Co-Cu-O HTHS硫化，得到CoO / Co-Cu-S-X，后缀X表示添加Co2+和Cu2+的摩尔比。在2.0 A g-1下表现出320 mAh g-1（2300 F g-1）的高比容量和出色的循环稳定性，在10 A g-1 5000次循环后容量保持率为96.2％。此外，由CoO / Co-Cu-S和活性炭构成的全固态混合超级电容器（HSC）在功率密度为800 W kg-1时显示出稳定且高的能量密度90.7 Wh kg-1。
WenLu, Junling Shen, Peng Zhang, Yijun Zhong, Yong Hu,* and Xiong Wen (David) Lou,Construction of CoO/Co-Cu-S Hierarchical Tubular Heterostructures for HybridSupercapacitors, Angewandte Chemie International Edition, 2019.
DOI:10.1002/anie.201907516
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201907516
19. 涂有氮掺杂碳的、由SnS纳米板构建的多层微箱助力储纳丨Angew.
楼雄文课题组展示了分层微箱的设计和合成，该微型箱由涂有掺氮碳（NC）的SnS纳米板作为钠离子电池的负极材料组装而成。SnS @ NC微箱的模板参与多步合成涉及的相变，聚多巴胺涂层和热退火。具有二维纳米尺寸亚基的SnS @ NC复合材料合理地整合了多个优点，包括缩短电子/ Na +离子的扩散路径，提高电导率以及减轻电极材料的体积变化。最后，SnS @ NC微箱显示出高效的钠存储性能，具有高容量，良好的循环稳定性和出色的倍率能力。
S. B.Wang, Y. J. Fang, X. Wang, X. W. Lou,* Hierarchical Microboxes Constructed by SnSNanoplates Coated with Nitrogen-Doped Carbon for Efficient Sodium Storage, AngewandteChemie – International Edition, 58,760 – 763 (2019).
DOI:10.1002/anie.201810729
https://onlinelibrary.wiley.xilesou.top/doi/abs/10.1002/anie.201810729
20. Fe1-xS @多孔碳纳米线/氧化石墨烯杂化薄膜电极用于柔性钠离子电池丨AEM.
对于钠离子电池（SIB）而言，具有出色的重量和体积容量的超柔性电极的智能构造仍然是挑战，其对可穿戴电子设备而言意义重大。济南大学原长洲和南洋理工大学楼雄文课题组通过简便的组装和硫化策略合成了由Fe1-xS填充的多孔碳纳米线/氧化石墨烯（Fe1-xS @ PCNWs / rGO）杂化膜，所得的混合纸表现出高柔韧性和结构稳定性。多维纸结构具有多个优点，包括提供有效的电子/离子传输网络，缓冲Fe1-xS纳米颗粒的体积膨胀，减轻多硫化物的溶解以及实现高效钠存储的优异动力学。当作为SIB的自支撑负极时，Fe1-x S @ PCNWs / rGO纸电极在0.1 A g-1下100次循环中，在面质量负载为0.9-11.2 mg cm-2下，表现出优异的可逆容量573-89mAh g-1，在电流密度为0.2-5 A g-1的情况下，具有424-180 mAh cm-3的高容量。
Y. Liu, Y. J.Fang, Z. W. Zhao, C. Z. Yuan,* X. W. Lou,* ATernary Fe1-xS@PorousCarbon Nanowires/Reduced Graphene Oxide Hybrid Film Electrode with SuperiorVolumetric and Gravimetric Capacities for Flexible Sodium Ion Batteries, Advanced Energy Materials, 9, 1803052 (2019).
DOI: 10.1002/aenm.201803052
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/aenm.201803052
Part Ⅲ 光催化
21. 设计异质结构空心光催化剂用于太阳能-化学能转换丨AM.综述
以可持续的方式将太阳能直接转化为化学能是解决能源危机和环境问题最有希望的方案之一。制备高活性光催化剂对高效太阳能-化学能转换系统的实际应用具有重要意义。在各种光催化材料中，具有中空特性的半导体基异质结构光催化剂具有明显的优势。楼雄文团队对近年来合理设计异质结构空心光催化剂用于光催化解水和CO2还原的研究进展进行了总结。首先总结了单壳和多壳异质结构光催化剂，然后讨论了具有管状和框状形貌的异质结构空心光催化剂，旨在为太阳能高效光催化材料设计的进一步创新工作提供启发。
PengZhang and Xiong Wen (David) Lou*. Design of Heterostructured Hollow Photocatalysts forSolar-to-Chemical Energy Conversion. Adv. Mater. 2019
DOI: 10.1002/adma.201900281
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201900281
22. NiCoOP NPs@MHCFs催化剂高效光催化CO2还原丨Angew.
高效的光催化CO2还原材料对于太阳能-碳燃料转化是至关重要的。新加坡南洋理工大学楼雄文，Sibo Wang等将高度分散的镍钴氧磷化物纳米颗粒（NiCoOP NPs）限域在多通道中空碳纤维（MHCF）中，构建了NiCoOP NPs@MHCFs催化剂，用于高效的CO2光还原。该材料合成时涉及多步骤过程（即静电纺丝，磷化和碳化），可容易地调节化学组成。在NiCoOP NPs@MHCFs催化剂中，具有超小尺寸和高分散性的混合金属氧磷化物NPs为氧化还原反应提供了丰富的催化活性位点。同时，具有高导电率和开口端的多通道空心碳基质可有效地促进质量/电荷转移，改善CO2吸附并防止金属氧磷化物NPs聚集。得益于独特的结构和组成优点，经优化的异金属氧磷化物催化剂体现出高的光催化CO2还原活性，CO生成速率为16.6 μ mol h-1（每0.1mg催化剂）。
YanWang, Sibo Wang,* and Xiong Wen (David) Lou*. Dispersed Nickel CobaltOxyphosphide Nanoparticles Confined in Multichannel Hollow Carbon Fibers forPhotocatalytic CO2 Reduction. Angew. Chem. Int. Ed., 2019
DOI:10.1002/anie.201909707
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201909707
23. 由纳米晶体构成的有序胶体簇用于光催化CO2还原丨Sci. Adv.
由于缺乏可用的胶体结构单元和特定的方向键，构建像分子簇一样复杂的离散胶体簇（CC）受到限制。楼雄文课题组探索一种策略，通过实验使具有各向异性的普鲁士蓝类似物纳米晶体（NC）转变为具有开放性和高度有序的CC结构，实现将胶体类似物转变为沸石笼形结构。定向相互作用源自NC的晶体学或形态各向异性，并通过外延生长，定向附着和局部堆积的相互作用实现。研究者将这些粒子间的相互作用归因于模拟sp3d2八面体和sp3d3f立方体杂化原子轨道的焓和熵价。得益于有序的多级多孔结构，获得的CC表现出大大增强的CO2光还原催化活性。该工作为NC之间的定向结合提供了一些基本见解，并开辟了一条新的合成CC途径。
J. W. Nai, S.B. Wang, X. W. Lou,* Ordered colloidal clustersconstructed by nanocrystals with valence for efficient CO2 photoreduction, Science Advances, 5, eaax5095 (2019).
DOI:10.1126/sciadv.aax5095
https://advances.sciencemag.org/content/5/12/eaax5095.abstract
24. CdS分级多腔空心颗粒助力光催化CO2还原丨EES
设计用于半导体光催化剂的先进结构是提高其性能的有效方法。然而，制造具有复杂纳米结构的功能性光催化材料并不容易。楼雄文课题组开发了一种顺序溶液生长，硫化和阳离子交换策略，以制造CdS分级多腔空心颗粒（HMCHPs）。该策略始于将锌基沸石咪唑酸酯骨架（ZIF-8）生长到甘油酸钴（Co-G）固体球上。所获得的Co-G @ ZIF-8复合颗粒的硫化导致形成CoSx @ ZnS HMCHPs，并通过阳离子交换反应将其转化为CdS HMCHPs。由于轮廓分明空心结构的良好特性，CdS HMCHPs与其他具有固体和常见空心结构的CdS光催化剂相比，具有更高的光催化CO2还原活性。CdS HMCHPs的性能可以通过在可见光照射下进一步提高负载Au的CO生成速率，使其达到3758 μmol h-1 g-1。
P. Zhang,# S.B. Wang,# B. Y. Guan, X. W. Lou,* Fabricationof CdS hierarchical multi-cavityhollow particles for efficient visible light CO2 reduction, Energy & Environmental Science, 12, 164 – 168 (2019).
DOI:10.1039/C8EE02538J
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/EE/C8EE02538J#!divAbstract
25.在Co / N掺杂石墨碳纳米笼上负载超薄ZnIn2S4纳米片助力光催化产氢丨Adv. Mater.
楼雄文课题组将超薄ZnIn2S4纳米片（NSs）生长在Co / N掺杂的石墨碳纳米笼（NGC）上，该笼由由几层NGC包围的Co纳米颗粒组成，以获得分层的Co / NGC @ ZnIn2S4空心异质结构，用于在可见光下光催化生成H2。离散的Co，导电NGC和ZnIn2S4 NS的光氧化还原功能被精确地组合到具有强杂交壳和超薄分层子结构的分层复合笼中。这种结构和组成上的优点可以加快电荷的分离和迁移，为水的光解提供大的表面积和丰富的反应位。该光催化剂在没有与任何助催化剂结合的情况下，显示出优异的H2析出活性（11270 μmol h-1g-1）和高稳定性。
S. B. Wang, Y.Wang, S. L. Zhang, S. Q. Zang, X. W. Lou,* Supporting Ultrathin ZnIn2S4 Nanosheets on Co/N-DopedGraphitic Carbon Nanocages for Efficient Photocatalytic H2 Generation, AdvancedMaterials, 31, (2019).
DOI:10.1002/adma.201903404
https://onlinelibrary.wiley.xilesou.top/doi/abs/10.1002/adma.201903404
26.超小型MoOx团簇作为光催化产氢的新型助催化剂丨Adv. Mater.
为了增强半导体光催化剂的性能，助催化剂通常被用于加速表面反应。楼雄文课题组将超小型钼氧（MoOx）团簇开发为一种新型的非贵金属助催化剂，可显著提高CdS纳米线（NWs）的光催化产氢速率。X射线吸收精细结构分析结果表明，CdS NW和MoOx团簇之间可形成直接键，这保证了光生电荷载流子的迁移。此外，由于独特的原子排列和构型以及长寿命电子的产生，MoOx团簇诱导了深电子陷阱态，从而增强了活性。这些发现可能指导用于太阳能水分解的有效助催化材料的设计，并为超小型团簇的实际应用开辟新途径。
H. B. Zhang, P.Zhang, M. Qiu, J. C. Dong, Y. F. Zhang, X. W. Lou,* Ultra-smalldispersed MoOx clusters as a novel cocatalyst forphotocatalytic hydrogen evolution, AdvancedMaterials, 31,1804883 (2019).
DOI: 10.1002/adma.201804883
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.201804883
楼雄文教授简介
楼雄文教授，1978年出生于浙江金华，先后于2002和2004年在新加坡国立大学获得一级荣誉学士学位和硕士学位，2008年在美国康奈尔大学获得化学与生物分子工程专业博士学位，并因其出色的工作被授予AustinHooey奖金和刘氏纪念奖，现为南洋理工大学化学与生物工程系教授。于2017年入选英国皇家化学会会士Fellow of Royal Society of Chemistry (FRSC)、2013年获得世界文化理事会特别荣誉奖World Cultural Council (WCC) special recognition award、同年获得十五届亚洲化学大会—亚洲新星、2012年获得新加坡国家科学院—青年科学家奖等。2015年入选新加坡国家基金研究会评审员Singapore National Research Foundation (NRF) Investigatorship。楼雄文教授现为Science Advances副编辑、Journal of MaterialsChemistry A副主编、Small Methods编委。
课题组网站：
https://www.ntu.edu.sg/home/XWLou/
课题组合影
（来源：https://www.ntu.edu.sg/home/XWLou/）
