科學(xué)研究
科學(xué)研究

化工學(xué)院黃文歡團(tuán)隊近期在《Angew Chem.》《Adv. Sci.》等雜志上發(fā)表一系列研究成果

2023-07-13 08:57 文、圖/化工學(xué)院 點擊：[]

近期，我?；瘜W(xué)與化工學(xué)院黃文歡團(tuán)隊圍繞雜化多孔微納結(jié)構(gòu)的精確構(gòu)造及能量轉(zhuǎn)換存貯性能的調(diào)控方面取得了多項重要進(jìn)展，連續(xù)在國際頂級期刊Angew Chem.Int. Ed.、Advanced Science、Carbon Energy等期刊上發(fā)表一系列研究論文。

【成果1】高密度原子CoFe摻雜多級孔吸波材料的設(shè)計及納米渦旋偶極及磁疇的精確構(gòu)造

黃文歡課題組與復(fù)旦大學(xué)車仁超教授合作設(shè)計低CoFe含量的含能MOF（金屬三氮唑）前驅(qū)體，通過三氮唑400度左右的“爆炸”反應(yīng)可以成功合成具有超低金屬負(fù)載、超低密度的具有多級孔結(jié)構(gòu)的CoFe摻雜三維碳海綿材料。實現(xiàn)對金屬原子級分散、材料介電性能、耦合性能、阻抗匹配等的可控調(diào)控。

文章捕獲了材料在不同溫度下（400、600、800、1000oC）的產(chǎn)物，通過同步輻射、洛倫茲電鏡，結(jié)合理論計算，揭示了材料隨著溫度的升高其多孔碳基底孔結(jié)構(gòu)從大孔、介孔到微孔、納米孔的演變，以及在基底上金屬從團(tuán)簇狀態(tài)向單原子狀態(tài)的演變、原子之間的相互作用，這些微觀的原子及孔結(jié)構(gòu)誘導(dǎo)了體系內(nèi)納米渦旋極化及渦旋磁疇的產(chǎn)生。最終實現(xiàn)了該材料體系的吸收強(qiáng)度、X/Ku波段的全吸收的雙重性能調(diào)控。該成果發(fā)表于《Adv. Sci.》期刊上。

【成果2】3D MOF基膜原位生成富含LiF的Janus異質(zhì)結(jié)構(gòu)SEI穩(wěn)定固態(tài)Li金屬電池

黃文歡課題組與蘇慶梅教授、揚州大學(xué)龐歡教授合作構(gòu)建了離子液體限域MOF（金屬咪唑）/聚合物三維多孔Janus膜，并在充放電循環(huán)過程中原位形成了富含LiF/Li3N的固態(tài)電解質(zhì)界面（SEI）膜。此三維Janus膜具有快速的鋰離子傳輸通道、優(yōu)異的室溫離子電導(dǎo)率（8.17×10-4S cm-1）和高的鋰離子遷移數(shù)（0.82）。該復(fù)合電解質(zhì)隔膜具有高熱穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度的膜用于固態(tài)Li∥LiFePO4和Li∥NCM-811電池，甚至在軟包電池中均顯示出優(yōu)異的倍率性能和超長的壽命。

文章詳細(xì)的通過冷凍透射電鏡對SEI中原位形成的LiF和Li3N納米晶體以及鋰枝晶的沉積進(jìn)行了可視化監(jiān)測，并對電池充放電過程中結(jié)構(gòu)演變進(jìn)行了理論模擬和動力學(xué)分析，揭示了電池充放電過程中的界面行為及機(jī)理。此工作為新型MOF基固態(tài)電解質(zhì)的構(gòu)建提供了一種新的思路和方法。該成果發(fā)表于《AngewChem. Int. Ed.》期刊上。

【成果3】單原子高價態(tài)Mo“陷阱”捕獲電子誘導(dǎo)電荷聚集促進(jìn)光催化產(chǎn)氫

黃文歡課題組與阿卜杜拉國王科技大學(xué)張華彬、Magnus Rueping教授合作，將高氧化態(tài)的Mo原子作為電子陷阱，以單原子形式植入Cd0.5Zn0.5S晶格中，降低了CZS的帶隙并可以成功捕獲光生電子，增強(qiáng)自由基數(shù)量。3.11 wt% Mo負(fù)載的CZS@Mo表現(xiàn)出了良好的光催化析氫性能（λ>420 nm）及穩(wěn)定性。

文章詳細(xì)通過瞬態(tài)吸收光譜監(jiān)測了CZS和CZS @Mo的光生電子動力學(xué)行為，證實了Mo電子“陷阱”對電子-空穴復(fù)合的抑制作用。此外，DFT理論計算表明Mo原子周圍的高電子密度，反應(yīng)歷程的吸附自由能解釋了Mo位點的良好催化動力學(xué)，證實了Mo原子的電子捕獲效應(yīng)及其在光催化析氫中的反應(yīng)機(jī)理。本文的研究結(jié)果為可控設(shè)計和制備具有良好應(yīng)用前景的單原子光催化制氫催化劑提供了重要的理論依據(jù)。該成果發(fā)表于《AngewChem. Int. Ed.》期刊上。

【成果4】綜述論文：面向碳中和構(gòu)筑非均相催化劑催化轉(zhuǎn)化二氧化碳為羧酸的研究進(jìn)展

陜西科技大學(xué)黃文歡教授、阿卜杜拉國王科技大學(xué)張華彬教授，中國石油大學(xué)智林杰教授，愛爾蘭三一學(xué)院Max García-Melchor教授，北京化工大學(xué)于樂教授，清華大學(xué)王定勝教授共同總結(jié)了非均相催化劑用于CO2制備羧酸化合物的構(gòu)筑策略，為活化，轉(zhuǎn)化二氧化碳為羧酸等高附加值產(chǎn)物提供了明確的指導(dǎo)和重要參考。本文首先分別從光，電，熱三個方面闡述了相應(yīng)領(lǐng)域催化的機(jī)理過程，羧酸產(chǎn)物的類型和商業(yè)價值，以及目前取得的研究進(jìn)展。其次從復(fù)合催化劑，雜原子參雜，形貌調(diào)控、表面功能化四個方面系統(tǒng)總結(jié)分析了非均相催化劑的合成，調(diào)控策略，強(qiáng)調(diào)了催化位點中配位環(huán)境，電子效應(yīng)，空間效應(yīng)等對其活性的影響，以及催化劑結(jié)構(gòu)與活性的內(nèi)在構(gòu)效關(guān)系。最后，展望了CO2制備羧酸化合物面臨的挑戰(zhàn)以及未來的研究方向，為推動CO2的利用和羧酸化學(xué)品的可控制備提供了重要的啟示。該成果發(fā)表于《CarbonEnergy》期刊上。

【成果5】燃燒法誘導(dǎo)含能MOF向金屬氧化物多級孔碳材料的結(jié)構(gòu)及吸波性能調(diào)控

黃文歡課題組與南京理工大學(xué)吳凡教授合作，以含能金屬有機(jī)骨架為材料，通過燃燒的原位轉(zhuǎn)化工藝，成功制備了具有超高多孔微納結(jié)構(gòu)和均勻分散的CoFe單元的三維磁性分子海綿(表示為CoFe@PCS)。其獨特的框架結(jié)構(gòu)和集成的磁介電元件使其具有高效的微波吸收。在厚度為2.57 mm處，CoFe@PCS的最小反射損耗為?70.10 dB，有效吸收帶寬為8.64 GHz。更重要的是，深入剖析了磁性海綿內(nèi)部的損耗機(jī)制和能量耗散，揭示了弛豫主導(dǎo)的介質(zhì)損耗和介電-磁協(xié)同作用。這項工作為高性能吸收體的目標(biāo)設(shè)計和制造提供了一種巧妙的方法。該成果發(fā)表于《Advanced Composites and Hybrid Materials》期刊上。

【成果6】主客體框架原位水熱合成超高性能POMOF@CoNi-水滑石超級電容器電極材料

張亞男、黃文歡教授，通過主客體效應(yīng)水熱合成雜多酸摻雜的-銅基金屬有機(jī)骨架，通過水熱刻蝕的方法構(gòu)造了POMOF@CoNi-LDH納米片結(jié)構(gòu)。材料類因其超高的比表面積、豐富的電化學(xué)活性位點和，作為超級電容器電極材料，在1A·g-1時表現(xiàn)出了333.61 mAh·g-1的高比容量。在混合超級電容器中POMOF@CoNi-LDH/活性炭(AC)，能量密度高達(dá)80.8 Wh·kg-1、功率密度750.7 W·kg-1。更重要的是，，在10A·g-1條件下充放電5000次后，材料表現(xiàn)出優(yōu)異的電容保持（79%），本文提供了一個高性能儲能電極材料的合成方法及策略。該成果以O(shè)utsideFrontCover發(fā)表于《Chin. J. Chem.》期刊上。

【成果7】CoNi摻雜中空碳化鉬球的可控合成及電磁波吸收性能的調(diào)控

黃文歡教授團(tuán)隊，通過設(shè)計雙金屬CoNi摻雜的晶態(tài)雜化金屬咪唑框架，利用化學(xué)刻蝕及熱處理的方法原位構(gòu)造了超薄的中空CoNi摻雜的碳化鉬球，成功的調(diào)控了材料的介電損耗、磁耦合和阻抗匹配性能。材料在負(fù)載量為15wt %時，表現(xiàn)出了最優(yōu)的電磁波吸收性能RLmin=-60.05 dB。該成果受邀發(fā)表于《Chin. J. Chem.》期刊上。

【作者簡介】

黃文歡，陜西省“科學(xué)家+工程師”創(chuàng)新團(tuán)隊首席科學(xué)家、陜西省科技新星，近年來主持國家項目2項、省部級各類科研項目7項、教學(xué)項目2項，獲得陜西省高?？茖W(xué)技術(shù)獎一等獎1項，陜西省人才計劃項目2項。在Angew Chem. Int. Ed.、Nano-Micro Letters、Carbon Energy、Matter、Journal of Materials Chemistry A、Energy & Environmental Materials、Chemical Engineering Journal、Materials Chemistry Frontiers、Chemical Communications、Carbon、Journal of Power Sources、Nanoscale、Chemistry-A European Journal、Inorganic Chemistry等國際期刊上發(fā)表SCI論文50余篇，其中受邀撰寫綜述6篇，高被引論文7篇，熱點論文2篇，授權(quán)國家發(fā)明專利4項。曾受邀請在國內(nèi)外學(xué)術(shù)會議上作報告10余次，媒體轉(zhuǎn)載相關(guān)研究成果20余次。組織學(xué)生參加“挑戰(zhàn)杯”課外學(xué)術(shù)科技競賽獲得省級二等獎2項、三等獎1項，獲得陜西省第六屆研究生創(chuàng)新成果展省級一等獎1項，省級創(chuàng)新基金1項；培養(yǎng)研究生獲得“優(yōu)秀畢業(yè)生”、“優(yōu)秀碩士畢業(yè)論文”、“國家獎學(xué)金”、“研究生高水平科研成果獎勵”等。

教師網(wǎng)頁：https://hg.sust.edu.cn/info/1237/5653.htm

【團(tuán)隊近年來發(fā)表文章】

  1. 2023年

  2. W. Huang,*X. Zhang, J. Chen, Q. Qiu, Y. Kang, K. Pei, S. Zuo, and R. Che*, High-density Nanopore Confined Vortical Dipoles and Magnetic Domains on Hierarchical Macro/Meso/Micro/Nano Porous Ultra-Light Graphited Carbon for Adsorbing Electromagnetic Wave,Advanced Science, 10.1002/advs.202303217.（2022影響因子：15.1）

  3. X. Zhang, Q. Su*, G. Du, B. Xu, S. Wang, Z. Chen, L. Wang,W. Huang*, H. Pang*, Stabilizing Solid-state Lithium Metal Batteries through In Situ Generated Janus-heterarchical LiF-rich SEI in Ionic Liquid Confined 3D MOF/Polymer Membranes,Angew Chem. Int. Ed.,2023, e202304947.（2022影響因子：16.6）

  4. W. Huang, C. Su, C. Zhu, T. Bo, S. Zuo, W. Zhou, Y. Ren, Y. Zhang, J. Zhang, M. Rueping*, H. Zhang*,Isolated Electron Trap-Induced Charge Accumulation for Efficient Photocatalytic Hydrogen Production,Angew Chem., Int. Ed.,2023, e202304634.（VIP paper）（2022影響因子：16.6）

  5. X. Zhang,W. Huang*,L. Yu, M. García-Melchor, D. Wang, L. Zhi* and H. Zhang* Enabling Heterogeneous Catalysis to Achieve Carbon Neutrality: Directional Catalytic Conversion of CO2into Carboxylic Acids,Carbon Energy,2023,e362.（2022影響因子：20.5）

  6. M. Sun, W. Cao, P. Zhu, Z. Xiong, C. Chen, J. Shu*,W. Huang*, Fan Wu*, Thermally tailoring magnetic molecular sponges through self-propagating combustion to tune magnetic-dielectric synergy towards high-efficiency microwave absorption and Attenuation,Advanced Composites and Hybrid Materials,2023, 6: 54.（2022影響因子：20.1）

  7. H. Ruan, L. Zhang*, S. Li, K. Wang,W. Huang,S. Guo*, Carbon Polyhedra Encapsulated Si Derived from Co-Mo Bimetal MOFs as Anode Materials for Lithium-Ion Batteries,Journal of Materials Science & Technology,2023, 159: 91–98.（2022影響因子：10.9）

  8. Y. Li, X. Jin*, Y. Ma, L. Ma, J Liu, P. Zhu, Z. Deng, H. Zhou, W Chen,W. Huang*,Functional decoration on a regenerable bifunctional porous covalent organic framework probe for the rapid detection and adsorption of copper ions,Rare Metals,In press.（2022影響因子：8.8）

  9. Y. Zhang, J. Chen, F. Razq, C. Su, X. Hou,W. Huang*,and H. Zhang*, Polyoxometalate-incorporated host-guest framework derived layered double hydroxide composites for high-performance hybrid supercapacitor,Chinese Journal of Chemistry,2023,41, 75-82.（雜志封面Outside Front Cover）（2022影響因子：5.4）

  10. X. Yang, W. Gao, J. Chen, X. Lu, D. Yang, Y. Kang, Q. Liu, Y. Qing, andW. Huang*, Co-Ni Electromagnetic Coupling in Hollow Mo2C/NC Sphere for Enhancing Electromagnetic Wave Absorbing Performance,Chinese Journal of Chemistry,2023, 41, 64-74.（邀稿，2022影響因子：5.4）

  11. J. Gu, Q. An, J. Chen, Y. He,W. Huang*, Preparation and Responsive Performance study of AuNPs/RGO-MoO2/GCE Composite Modified Electrodes based on its High Sensitivity to Acetaminophen and Dopamine,Inorganic Chemistry Communications,2023, 147, 110282.（2022影響因子：3.8）

  12. Y.Kang, X. Sun, Y. Wang, Y. Zhang, W. Huang*,Design and Synthesis of Copper-Based Simulated Enzyme Induced by Nitrogen Oxidation Ligand and Study of Its Activity.Chinese Journal of Structural Chemistry,2023, 42, 100046.（邀稿，2022影響因子：2.2）

  13. 2022年

  14. W. Huang*, Q. Qiu, X. Yang, S. Zuo, J. Bai, H. Zhang*, K. Pei and R. Che*, Ultrahigh Density of Atomic CoFe-Electron Synergy in Noncontinuous Carbon Matrix for Highly Efficient Magnetic Wave Adsorption.Nano-Micro Letters,2022, 14(1): 96.（2022影響因子：26.6）

  15. C. Feng, Y. Ren, F. Razq,W. Huang*, H. Zhang*, An innovative and ingenious strategy to construct single-atom catalyst for photocatalytic methane conversion,Matter,2022,5, 3086–3111.（2022影響因子：18.9）

  16. W. Huang, T. Bo, S. Zuo, Y. Wang, J. Chen, S. Ould‐Chikh, Y. Li, W. Zhou*, J. Zhang, H. Zhang*, Surface decorated Ni sites for superior photocatalytic hydrogen production,Susmat,2022, 1-10.（邀稿，2022影響因子：28.4）

  17. W. Huang*, W. Gao, S. Zuo, L. Zhang, K. Pei, P. Liu and R. Che*, and H. Zhang*, Hollow MoC/NC Sphere for Electromagnetic Wave Attenuation: Direct Observation of Interfacial Polarization on Nanoscale Hetero-interfaces.Journal of Materials Chemistry A,2022, 10: 1290-1298.（雜志封面Outside Front Cover）（高被引論文）（2022影響因子：11.9）

  18. P. Li, Z. He, X. Li,W. Huang*, and X. Lu*, Fullerene-Intercalated Graphitic Carbon Nitride as a High-Performance Anode Material for Sodium Ion Batteries.Energy & Environmental Materials,2022, 5: 608–616.（邀稿，2022影響因子：15）

  19. Y. Zhang, J. Chen, C. Su, K. Chen, H. Zhang, Y. Yang,W. Huang*, Enhanced ionic diffusion interface in hierarchical metal-organic framework@layered double hydroxide for high-performance hybrid supercapacitors,Nano Research,2022, 15(10), 8983-8990.（2022影響因子：9.9）

  20. W. Huang*, J. Chen, W. Gao, L. Wang, P. Liu*, Y. Zhang, Z. Yin, Y. Yang, “Host-Guest” crystalline Mo/Co-framework induced phase-conversion of MoCx in carbon hybrids for regulating absorption of electromagnetic wave,Carbon,2022, 197: 129-140.（2022影響因子：10.9）

  21. W. Huang*, S. Wang, X. Yang, X. Zhang, Y. Zhang, K. Pei, R. Che*, Temperature induced transformation of Co@C nanoparticle in 3D hierarchical core-shell nanofiber network for enhanced electromagnetic wave adsorption,Carbon,2022, 195: 44-56.（2022影響因子：10.9）

  22. W. Huang*, Z. Chen, H. Wang, L. Wang, H. Zhang, and H. Wang, Sponge-like hierarchical porous carbon decorated by Fe atoms for high-efficient sodium storage and diffusion.Chemical Communications,2022, 58(28), 4496-4499.（2022影響因子：4.9）

  23. Y. Zhang, C. Su, J. Chen,W. Huang*and R. Lou, Recent progress of transition metal-based biomass-derived carbon composites for supercapacitor,Rare metals,2022,10.1007/s12598-022-02142-7.（2022影響因子：8.8）

  24. Z. He, Z. Zhou, P. Wei, T. Xu, J. Han, K. Huang, K. Guo*,W. Huang*, T. Akasaka, X. Lu*, Fullerene-Derived Porous and Defective N-Doped Carbon Nanosheets as Advanced Trifunctional Metal-Free Electrocatalysts,Chemistry - An Asian Journal,2022, 202200994.（2022影響因子：4.1）

  25. 2021年

  26. W. Huang*, X. Li, X. Yang*, H. Zhang, P. Liu, Y. Ma, and X. Lu, CeO2-embedded mesoporous CoS/MoS2as highly efficient and robust oxygen evolution electrocatalyst.Chemical Engineering Journal,2021, 420: 127595.（2022影響因子：15.1）

  27. W. Huang*, X. Li, X. Yang*, X. Zhang, H. Wang, The recent progress and perspectives on the metal- and covalent- organic frameworks based solid-state electrolytes for lithium-ion batteries.Materials Chemistry Frontiers,2021, 5 (9): 3593-3613.（邀稿，2022影響因子：7.0）

  28. W. Huang*, X. Li, X. Yang, H. Zhang, F. Wang, J. Zhang*. High-Efficient Electrocatalyst for Overall Water Splitting: Mesoporous CoS/MoS2with Hetero-Interface.Chemical Communications,2021, 57: 4847-4850.（2022影響因子：4.9）

  29. W. Huang*, Q. Li, D. Yu, Y. Tang, D. Lin, F. Wang*, J. Zhang*, Hybrid Zeolitic Imidazolate Frameworks for Promoting Electrocatalytic Oxygen Evolution via a Dual-Site Relay Mechanism.Inorganic Chemistry,2021, 60(5): 3074-3081.（2022影響因子：4.6）

  30. X. Yang, Y. Yan, W. Wang, Z. Hao, W. Zhang*,W. Huang*, Y. Wang, A 2-Fold Interpenetrated Nitrogen-Rich Metal–Organic Framework: Dye Adsorption and CO2Capture and Conversion.Inorganic Chemistry.2021,60(5): 3156-3164（2022影響因子：4.6）

  31. W. Huang*, X. X. Zhang and Y. N. Zhao, Recent progress and perspectives on the structural design on metal-organic zeolite (MOZ) frameworks.Dalton Transactions,2021, 50: 15-28.（邀稿，2022影響因子：4.0）

  32. Y. Zhang, J. Chen, C. Su,W. Huang*, A multifunctional cadmium-based metal-organic framework from a tricarboxylate ligand showing sensing and sensitization.Journal of Solid State Chemistry,2021, 302: 122407.（2022影響因子：3.3）

  33. C. Zuo, F. Zhao, Z. Tang, L. Zhang, Q. Niu, G. Cao, L. Zhao,W. Huang*, and P. Zhao*, Bi2O3gated Fe3O4@ZrO2core/shell drug delivery system for chemo/ionic synergistic therapeutics.Journal of Solid State Chemistry,2021, 303: 122489.（2022影響因子：3.3）

  34. 2020年

  35. P. Liu*, S. Gao, Y. Wang, Y. Huang, W. He,W. Huang, J. Luo, Carbon nanocages with N-doped carbon inner shell and Co/N-doped carbon outer shell as electromagnetic wave absorption materials,Chemical Engineering Journal,2020, 381: 122653.（高被引論文）（2022影響因子：15.1）

  36. T. Xu, W. Shen,W. Huang*, and X. Lu*. Fullerene Micro/Nanostructures: Controlled Synthesis and Energy Applications.Materials Today Nano,2020, 11:100081.（邀稿，2022影響因子：10.3）

  37. W. Huang*, X. Zhang, Y. Zhao, J. Zhang, and P. Liu*, Hollow N-doped carbon polyhedrons embedded Co and Mo2C nanoparticles for high-efficiency and wideband microwave absorption.Carbon,2020, 167: 19-30.（高被引論文，熱點論文）（2022影響因子：10.9）

  38. P. Liu*, S. Gao, Y. Wang, F. Zhou, Y. Huang,W. Huang*, and N. Chang, Core-shell Ni@C encapsulated by N-doped carbon derived from nickel-organic polymer coordination composites with enhanced microwave absorption.Carbon,2020, 170: 503-516.（高被引論文，熱點論文）（2022影響因子：10.9）

  39. P. Liu*, S. Gao,W. Huang*, J. Ren, D. Yu, and W. He, Hybrid zeolite imidazolate framework derived N-implanted carbon polyhedrons with tunable heterogeneous interfaces for strong wideband microwave attenuation.Carbon,2020, 159: 83-93.（高被引論文）（2022影響因子：10.9）

  40. W. Huang*, X. Li, D. Yu, X. Yang, L. Wang, P. Liu, and J. Zhang, CoMo-bimetallic N-doped porous carbon materials embedded with highly dispersed Pt nanoparticles as pH-universal hydrogen evolution reaction electrocatalyst.Nanoscale,2020, 12: 19804-19813.（2022影響因子：6.7）

  41. T. Xu, D. Yu, Z. Du,W. Huang*, and X. Lu, Two-Dimensional Mesoporous Carbon Materials Derived from Fullerene Microsheets for Energy Applications.Chemistry-A European Journal,2020, 26: 10811.（2022影響因子：4.3）

  42. K. Zhong, R. Yang, W. Zhang*, Y. Yan, X. Gou,W. Huang*,and Y.-Y. Wang, Zeolitic Metal Cluster Carboxylic Framework for Selective Carbon Dioxide Chemical Fixation through the Superlarge Cage.Inorganic Chemistry,2020, 59: 3912-3918.（2022影響因子：4.6）

  43. Y. Zhang*，Y. Zhang, L. Li, J. Chen, P. Li,W. Huang*. One-step in situ growth of high-density POMOFs films on carbon cloth for the electrochemical detection of bromate.Journal of Electroanalytical Chemistry,2020, 861: 113939.（2022影響因子：4.5）

    （核稿：黃文歡 編輯：趙誠）

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