納米人編輯部對2019年國內外重要科研團隊的代表性重要成果進行了梳理，今天，我們要介紹的是新加披南洋理工大學Cheng Tsang Man講座教授、英國皇家化學會會士樓雄文教授。
樓雄文教授的主要研究方向是金屬氧化物框架結構（MOF）材料合成與在能源與環境相關領域的應用，具體可分為電催化、光催化、電池及電容器等能源轉化及存儲領域。課題組網站顯示，2019年，樓雄文教授發表約26篇論文（通訊作者）。
（圖片來源：樓雄文教授課題組網站）
我們簡要總結了樓雄文教授團隊2019年的這26篇研究成果，供大家交流學習。（其他未涉及到的論文，建議大家前往課題組網站學習）。另外：
1） 本文僅限于樓雄文教授作為通訊作者的論文（不包括序言、短篇評述等），以online時間為準。
2）由于學術水平有限，所選文章及其表述如有不當，敬請批評指正。
以下篇幅分為3個方面展開：
Part Ⅰ 電催化
Part Ⅱ 電池
Part Ⅲ 光催化
Part Ⅰ電催化
1. 一維串狀鉑鎳合金納米籠助力燃料電池ORR性能丨Science
ORR是新能源轉換技術如燃料電池和金屬-空氣電池的核心反應。研發低成本，高活性和高穩定的陰極氧還原催化劑是實現眾多新能源技術開發和推廣的關鍵。 近年來，對催化劑穩定性，特別是膜電極及電池器件服役與失效的研究仍然較少。此外，將催化劑應用于膜電極和電池水平測試是催化劑真正走向實用化的關鍵。零維結構的空心球或者納米框架結構可以實現催化劑內外表面的同時利用，能夠極大的提升貴金屬的使用效率和催化活性；相對于零維顆粒，一維結構的各相異性同載體具有更多的接觸位點，能夠帶來更好的結構和催化穩定性。 然而，采用一維鉑合金催化劑制備的膜電極還未見報道，其催化穩定性并未在實際燃料電池測試中得到體現。
華中科技大學夏寶玉教授課題組和南洋理工大學樓雄文教授課題組采用腐蝕（電）化學方法對鉑基催化劑的近表面結構和組分進行調控，獲得具有一維結構的串狀鉑鎳納米籠結構，實現高穩定性的一維結構和高活性的合金空心結構等特征的有效結合，從而改善了鉑鎳合金催化劑服役水平和壽命。該催化劑的質量活性和比活性達到3.52 A mgPt-1 and 5.16 mA cmPt-2，展示出極為優異的穩定性，經過連續五萬圈循環活性只衰減了1.3%。以該催化劑制備的氫-空燃料電池(0.6 V, 1.5 A cm-2) 和自呼吸燃料電池（170 mAcm-2）均展示出了較高的服役性能和優異的放穩定性。該方法結合了一維結構的高穩定性和空心合金結構的高活性等優勢，為制備具有實用性的鉑合金催化劑提供了一種新的思路。
點擊閱讀：《華中科大Science：夏寶玉/樓雄文把燃料電池進一步推向實用化！》
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. 超細雙相碳化物納米晶限域在多孔氮摻雜碳十二面體中助力HER丨AM.
設計結構和組成可控的新型非貴金屬高效電催化劑用于析氫反應(HER)是一大挑戰。近日，新加坡南洋理工大學樓雄文團隊用鉬酸鹽或鎢酸鹽對 ZIF‐8進行退火，合成了多孔氮摻雜十二面體(PNCDs)限域的超細碳化物納米晶。通過控制ZIF‐8框架中MO4單元(M = Mo或W)的取代量，可以獲得限域在PNCDs中的雙相碳化物納米晶（MC‐M2C/PNCDs)，其HER的活性優于單相MC/PNCDs和M2C/PNCDs。催化劑中均勻分布的超細納米晶有利于活性位點的暴露。PNCDs作為載體促進電荷轉移，保護納米晶體在HER過程中不團聚。此外，MC和M2C之間的強耦合相互作用為水解離和氫氣脫附提供了有利的場所。
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. 多孔石墨碳多面體中錳氧化物和鈷的界面增強OER/ORR丨AM.
合理設計和合成高活性、高穩定性的雙功能非貴金屬析氧反應(OER)和氧還原反應(ORR) 電催化劑的對高效可充電金屬空氣電池至關重要。河南師范大學高書燕和新加坡南洋理工大學樓雄文團隊合作，以雙金屬有機框架為前驅體，通過簡單的水熱煅燒工藝，合成了MnO/Co/多孔石墨碳多面體(MnO/Co/PGC)復合材料。原位生成的Co納米晶體不僅能產生具有高導電性的異質界面來克服不良的OER活性，而且還能促進形成穩定的石墨碳。所得到MnO/Co/PGC對OER和ORR均表現出優異的活性和穩定性，制備的鋅空氣電池具有優異的性能，峰值功率密度為172 mW cm?2，比容量為872 mAh g?1，且具有良好的循環穩定性(350次)，優于商業混合Pt/C||RuO2催化劑。
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）化鐵鈷納米盒中的分子內電子偶聯增強OER活性丨EES.
高效的電催化劑在提高水分解效率方面非常重要。樓雄文課題組開發了一種自模板策略，以構建多孔的磷化鈷鐵（Fe–Co–P）納米盒，作為在堿性溶液中進行氧氣釋放反應的有前途的催化劑。構造的Fe–Co–P納米盒具有出色的電催化活性，并在269 mV的小過電位下提供10 mA cm?2的電流密度。研究者監測了氧釋放過程中金屬磷化物的結構演變。X射線吸收近邊緣結構分析和計算研究表明，該結構的優點以及通過P / O橋在Fe和Co原子之間進行的有效分子內電子偶聯是大大提高電催化活性的原因。
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.雙MOF衍生的鈷鐵合金/ N摻雜碳空心球助力電催化ORR丨Small
金屬有機框架（MOF）復合材料最近被認為是有前途的前驅體，可以衍生出用于各種能源相關應用的高級金屬/碳基材料。南洋理工大學Buyuan Guan和樓雄文課題組開發了雙MOF輔助熱解方法來合成Co-Fe合金@N摻雜的碳空心球。首先合成由聚苯乙烯球為核和用離散的鐵基MOF納米微晶封裝的鈷基MOF復合殼組成的新型核殼結構，然后進行熱處理以制備由均勻分布在多孔N中的Co-Fe合金納米顆粒組成的中空復合材料摻雜碳納米殼。得益于其獨特的結構和成分， Co-Fe合金@N摻雜的碳空心球表現出增強的氧還原反應電催化性能。
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摻雜碳基上負載的孤立Ni原子電催化析氧反應的活性起源丨AM.
探索用于析氧反應（OER）的高效電催化劑并揭示其活性來源對于能量轉換技術至關重要。新加坡南洋理工大學樓雄文等報道了一種Ni位點原子級分布在N摻雜空心碳基體上，其在堿性條件下展示出高效OER性能。實驗發現，優化活性Ni位點配位幾何構型，可以觀察到活性顯著增強。X射線吸收光譜研究和DFT計算結果表明，通過Ni-N配位進行有效的電子偶聯可以降低費米能級并降低中間體的吸附能，從而促進了OER動力學。
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. 用于電催化總水分解的分層鈷鐵磷氧化物微管的構建丨Adv. Sci.
開發高效電催化劑是建立用于生產清潔和可持續燃料的水分解系統的關鍵要求，該目標可以通過微調電催化材料的組成和結構來實現。新加披南洋理工大學Jianwei Nai和樓雄文課題組開發了一種易于設計的自模板合成策略，用于制備分層的Co-Fe磷氧化物微管（MTs）。鐵基MOF微棒首先被合成，并作為自犧牲模板。然后，通過水熱法將鐵基前體轉化為分層的Co-Fe層狀雙氫氧化物MT，再通過磷化處理將其轉化為分層的Co-Fe氧磷MTs。得益于所述組合物的協同作用和分層空心結構的優點，所獲得的電催化劑顯示出總體水分解的增強性能。
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.生物質衍生的分層多孔雜原子摻雜碳材料的通用雙模板方法用于增強ORR丨Adv. Mater.
南洋理工大學樓雄文與河南師范大學高書燕團隊報道了一種通用的雙模板方法，該方法使用各種低成本的生物質前驅體來制備分層的大/中/微孔雜原子摻雜碳材料。以Mg5(OH)2(CO3)4/ ZnCl2為硬模板，葡萄糖/脲為碳源和雜原子源，通過高溫熱反應和隨后的刻蝕，合成了具有分層孔隙率的氮/氧摻雜碳材料。該方法用途廣泛，可用于通過其他生物質前體（包括根，莖，葉，花和各種植物的果實）的熱解來生產許多分層結構的雜原子摻雜碳材料。最后，研究者證明了所制備的分層多孔氮/氧摻雜碳材料在堿性電解質中表現出增強的氧還原電催化性能。
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范圍的高效穩定析氫催化劑丨Sci.Adv.
南洋理工大學樓雄文教授課題組成功制備出一種高晶態的Ni摻雜FeP/C多孔納米棒，并用于電化學析氫反應中。研究發現，該催化劑在全pH范圍均具有高效且穩定的析氫活性，在10 mA cm?2電流密度下，酸性，中性和堿性電解質中的過電位分別為72, 117和95 mV。XPS和理論計算表明，超高的活性源于材料結構，電子性能以及活性組分的綜合調控。
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. 生長在多通道碳基上的Bi2O3納米片助力電催化CO2還原為HCOOH丨Angew.
將CO2電化學還原為液體產品是實現碳循環的一種有吸引力的方法。然而，大多數電催化劑催化CO2還原反應(CO2RR)通常存在催化活性差、法拉第效率(FE)和能源效率(EE)低、穩定性差等問題。新加坡南洋理工大學樓雄文團隊在導電多通道碳基底(MCCM)上地生長Bi2O3納米片用于電催化CO2RR反應。實驗發現，該催化劑在較小的過電位下，局部電流密度可達17.7 mA cm-2，且能高選擇性電催化CO2還原為HCOOH，在寬電位窗下FE接近90%，在電壓-1.256 V時，FE達到最大值93.8%。此外，在過電位為0.846 V時，該催化劑工作12小時，活性衰減很小，最大EE值為55.3%。該催化劑優異的性能主要歸功于MCCM和Bi2O3納米片的協同作用。
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. 超細SnO2量子線高效CO2RR制HCOOH丨Angew.
電催化CO2還原制高價值產品有望緩解CO2排放帶來的環境問題。雖然調節晶界(GBs)控制反應中間體的結合能，加快CO2RR速率廣為報道，但是明確GBs與加快小尺寸納米材料速率之間的關系仍然具有挑戰。新加坡南洋理工大學樓雄文等團隊合作，合成了表面富含GBs，由單個量子點組成的小于2nm的SnO2的量子線（QWs）。實驗發現，SnO2 QWs能高效電催化CO2RR，具有高的電流密度，得到HCOOH的法拉第效率大于80%，C1產物法拉第效率大于90%；在寬的電位窗內能量效率大于50%，最高法拉第效率和能量效率分別可達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. 金屬多孔氮化鐵和氮化鉭單晶具有增強的電催化性能丨Adv. Mater.
改變材料的催化性能需要確定電化學活性表面的結構特征。單晶多孔材料結合了塊狀晶體的長程有序和多孔材料大表面積的優點，可以通過穩定二維晶格內固定的二維活性部分來創建足夠的活性表面，并可能提供創建高能表面的替代方法用于動力學捕獲的電催化。
中科院福建物構所謝奎和南洋理工大學樓雄文等人提出了一個基本概念，即通過前所未有的2 cm規模直接生長金屬多孔氮化物（Fe3N和Ta5N6）單晶，以實現在多孔表面上構建具有不飽和氮配位的活性金屬-氮部分。這些多孔單晶顯示出0.1–1.0×105 S cm-1極高的電導率，而多孔晶體的原子表面層被證實是Fe3N的Fe終止層和Ta5N6的Ta終止層。具有獨特電子結構的不飽和金屬-氮部分（Fe6-N和Ta5-N3）顯示出增強的電催化性能和耐久性。
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 電池
13. 用于鈉離子電池的納米結構電極材料丨Matter綜述
鑒于與商業鋰離子電池相比，鈉離子電池（SIB）已成為大規模電能存儲有希望的候選者，目前迫切需要開發具有堅固結構和增強的鈉存儲特性（例如高倍率能力，長循環壽命）的先進電極材料，以促進SIB的實際應用。由于小晶粒尺寸，獨特的納米結構，所需的組成以及多孔/空心結構的存在，納米結構工程已成為改善電化學性能的有效方法。安徽大學Xin-Yao Yu和樓雄文課題組簡要概述了用于SIB的納米結構電極材料的設計和合成，通過強調各種具有增強儲鈉能力的納米結構電極材料的優勢，為高級SIB的未來發展提供一些啟示。
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. 基于普魯士藍及其類似物的中空結構的電化學儲能和轉換丨AM.綜述
由于其特殊的結構特征，中空結構具有令人著迷的理化特性和廣泛的應用，特別是在電化學能量存儲和轉換方面。近年來，普魯士藍（PB）及其類似物（PBA）相關的納米材料的研究已經出現，并因其成本低，制備簡便，固有的開放框架和可調節的組成而引起了廣泛的關注。
樓雄文課題組總結并討論了基于PB和PBA的中空結構用于電化學能量存儲和轉換的研究進展。首先，從結構方面說明了基于PB和PBA的材料合成空心結構的一些非凡示例，即封閉的單殼空心結構，開放的空心結構和復雜的空心結構。此后，證明了它們作為鋰/鈉離子電池，混合超級電容器和電催化中潛在電極材料的應用。最后，總結了該領域的當前成就以及局限性和緊迫挑戰，還提供了有關潛在解決方案和未來趨勢的一些觀點。
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. 氮摻雜碳包覆的子彈狀Cu9S5中空顆粒用于鈉離子電池丨Angew.
樓雄文課題組展示了以子彈狀ZnO顆粒做模板，合成了氮摻雜碳包覆的子彈狀Cu9S5空心顆粒（Cu9S5@NC）。由于其獨特的結構和組成優勢，該材料具有優異的儲鈉性能：高的倍率和超穩定的循環性能。首先制備子彈狀ZnO固體顆粒，然后進行簡單的陰離子交換過程以獲得空心子彈狀ZnS。在聚多巴胺（PDA）包覆和隨后的碳化處理之后，獲得氮摻雜碳包覆的ZnS（ZnS@NC）子彈狀中空顆粒。通過隨后的陽離子交換過程將空心子彈狀ZnS@NC進一步轉化為空心子彈狀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層殼的硫化鈷多殼納米盒子用于鈉離子電池丨Angew.
樓雄文和高書燕團隊報道了一種MOF-結合“陰離子轉換-交換”策略，用于合成具有精確控制用于鈉電的硫化鈷多殼納米納米盒（MSNB）殼的數量，離子的轉換和交換反應可以實現衍生顆粒結構和組成的控制。具體過程，在堿性介質中從偏釩酸根離子轉化的多釩酸根離子首先與鈷基ZIF-67納米立方體反應以形成ZIF-67 /多釩酸鈷卵黃狀核殼顆粒。然后，在中性條件下通過溶劑熱處理，將形成的ZIF-67 /多釩酸鈷卵黃狀核殼顆粒逐漸轉化為二釩酸鈷多殼納米盒子，通過改變溫度可以容易地控制2-5范圍內的殼數。最后，通過與S2-的離子交換反應和隨后的退火處理，制備得到硫化鈷多殼納米盒子。當作為鈉離子電池的負極時，最終的硫化鈷多殼納米盒顯示出增強的鈉儲存性能。如，對于三殼納米盒，在500mA g-1的電流密度下100次循環后可以保留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雙殼納米盒的合成用于儲鈉丨Angew.
金屬硫化物因其高容量和良好的氧化還原可逆性而受到廣泛的關注。然而，由于其倍率性能差、容量衰減快，嚴重阻礙了它們在鈉離子電池中的實際應用。有鑒于此，南洋理工大學樓雄文等人開發了一種多步模板化策略，用于合理合成分層雙殼納米盒，其中由CoS2納米薄片構建的外殼負載在CuS內殼上。由于結構和組成的優點，這些分層的CuS@CoS2納米盒表現出更高的鈉存儲性能，具有高可逆容量、良好的倍率能力和優異的循環性能。
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分層管狀異質結構的構建丨Angew.
用于超級電容器電極材料的分層中空結構可以擴大表面積、加速離子和電子的傳輸，并適應循環期間的體積膨脹。此外，異質結構的構建將增強內部電場以調節電子結構。
浙江師范大學胡勇和新加坡南洋理工大學樓雄文團隊通過有效的多步法制備由納米針組成的CoO / Co-Cu-S分層管狀異質結構（HTHS）。首先電紡聚丙烯腈（PAN）-Co(Ac)2/Cu(NO3)2復合NF用作自模板，然后通過金屬離子和2,5-二羥基對苯二甲酸（H4DOBDC）之間的配位形成PAN@MOF-74 核殼NF。隨后，移除PAN核以產生HTHS時，MOF-74通過空氣中退火轉變成Co/Cu混合氧化物（表示為Co-Cu-O）。進一步通過在N2氣氛中與S粉末退火，對Co-Cu-O HTHS硫化，得到CoO / Co-Cu-S-X，后綴X表示添加Co2+和Cu2+的摩爾比。在2.0 A g-1下表現出320 mAh g-1（2300 F g-1）的高比容量和出色的循環穩定性，在10 A g-1 5000次循環后容量保持率為96.2％。此外，由CoO / Co-Cu-S和活性炭構成的全固態混合超級電容器（HSC）在功率密度為800 W kg-1時顯示出穩定且高的能量密度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. 涂有氮摻雜碳的、由SnS納米板構建的多層微箱助力儲納丨Angew.
樓雄文課題組展示了分層微箱的設計和合成，該微型箱由涂有摻氮碳（NC）的SnS納米板作為鈉離子電池的負極材料組裝而成。SnS @ NC微箱的模板參與多步合成涉及的相變，聚多巴胺涂層和熱退火。具有二維納米尺寸亞基的SnS @ NC復合材料合理地整合了多個優點，包括縮短電子/ Na +離子的擴散路徑，提高電導率以及減輕電極材料的體積變化。最后，SnS @ NC微箱顯示出高效的鈉存儲性能，具有高容量，良好的循環穩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 @多孔碳納米線/氧化石墨烯雜化薄膜電極用于柔性鈉離子電池丨AEM.
對于鈉離子電池（SIB）而言，具有出色的重量和體積容量的超柔性電極的智能構造仍然是挑戰，其對可穿戴電子設備而言意義重大。濟南大學原長洲和南洋理工大學樓雄文課題組通過簡便的組裝和硫化策略合成了由Fe1-xS填充的多孔碳納米線/氧化石墨烯（Fe1-xS @ PCNWs / rGO）雜化膜，所得的混合紙表現出高柔韌性和結構穩定性。多維紙結構具有多個優點，包括提供有效的電子/離子傳輸網絡，緩沖Fe1-xS納米顆粒的體積膨脹，減輕多硫化物的溶解以及實現高效鈉存儲的優異動力學。當作為SIB的自支撐負極時，Fe1-x S @ PCNWs / rGO紙電極在0.1 A g-1下100次循環中，在面質量負載為0.9-11.2 mg cm-2下，表現出優異的可逆容量573-89mAh g-1，在電流密度為0.2-5 A g-1的情況下，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. 設計異質結構空心光催化劑用于太陽能-化學能轉換丨AM.綜述
以可持續的方式將太陽能直接轉化為化學能是解決能源危機和環境問題最有希望的方案之一。制備高活性光催化劑對高效太陽能-化學能轉換系統的實際應用具有重要意義。在各種光催化材料中，具有中空特性的半導體基異質結構光催化劑具有明顯的優勢。樓雄文團隊對近年來合理設計異質結構空心光催化劑用于光催化解水和CO2還原的研究進展進行了總結。首先總結了單殼和多殼異質結構光催化劑，然后討論了具有管狀和框狀形貌的異質結構空心光催化劑，旨在為太陽能高效光催化材料設計的進一步創新工作提供啟發。
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催化劑高效光催化CO2還原丨Angew.
高效的光催化CO2還原材料對于太陽能-碳燃料轉化是至關重要的。新加坡南洋理工大學樓雄文，Sibo Wang等將高度分散的鎳鈷氧磷化物納米顆粒（NiCoOP NPs）限域在多通道中空碳纖維（MHCF）中，構建了NiCoOP NPs@MHCFs催化劑，用于高效的CO2光還原。該材料合成時涉及多步驟過程（即靜電紡絲，磷化和碳化），可容易地調節化學組成。在NiCoOP NPs@MHCFs催化劑中，具有超小尺寸和高分散性的混合金屬氧磷化物NPs為氧化還原反應提供了豐富的催化活性位點。同時，具有高導電率和開口端的多通道空心碳基質可有效地促進質量/電荷轉移，改善CO2吸附并防止金屬氧磷化物NPs聚集。得益于獨特的結構和組成優點，經優化的異金屬氧磷化物催化劑體現出高的光催化CO2還原活性，CO生成速率為16.6 μ mol h-1（每0.1mg催化劑）。
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. 由納米晶體構成的有序膠體簇用于光催化CO2還原丨Sci. Adv.
由于缺乏可用的膠體結構單元和特定的方向鍵，構建像分子簇一樣復雜的離散膠體簇（CC）受到限制。樓雄文課題組探索一種策略，通過實驗使具有各向異性的普魯士藍類似物納米晶體（NC）轉變為具有開放性和高度有序的CC結構，實現將膠體類似物轉變為沸石籠形結構。定向相互作用源自NC的晶體學或形態各向異性，并通過外延生長，定向附著和局部堆積的相互作用實現。研究者將這些粒子間的相互作用歸因于模擬sp3d2八面體和sp3d3f立方體雜化原子軌道的焓和熵價。得益于有序的多級多孔結構，獲得的CC表現出大大增強的CO2光還原催化活性。該工作為NC之間的定向結合提供了一些基本見解，并開辟了一條新的合成CC途徑。
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分級多腔空心顆粒助力光催化CO2還原丨EES
設計用于半導體光催化劑的先進結構是提高其性能的有效方法。然而，制造具有復雜納米結構的功能性光催化材料并不容易。樓雄文課題組開發了一種順序溶液生長，硫化和陽離子交換策略，以制造CdS分級多腔空心顆粒（HMCHPs）。該策略始于將鋅基沸石咪唑酸酯骨架（ZIF-8）生長到甘油酸鈷（Co-G）固體球上。所獲得的Co-G @ ZIF-8復合顆粒的硫化導致形成CoSx @ ZnS HMCHPs，并通過陽離子交換反應將其轉化為CdS HMCHPs。由于輪廓分明空心結構的良好特性，CdS HMCHPs與其他具有固體和常見空心結構的CdS光催化劑相比，具有更高的光催化CO2還原活性。CdS HMCHPs的性能可以通過在可見光照射下進一步提高負載Au的CO生成速率，使其達到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摻雜石墨碳納米籠上負載超薄ZnIn2S4納米片助力光催化產氫丨Adv. Mater.
樓雄文課題組將超薄ZnIn2S4納米片（NSs）生長在Co / N摻雜的石墨碳納米籠（NGC）上，該籠由由幾層NGC包圍的Co納米顆粒組成，以獲得分層的Co / NGC @ ZnIn2S4空心異質結構，用于在可見光下光催化生成H2。離散的Co，導電NGC和ZnIn2S4 NS的光氧化還原功能被精確地組合到具有強雜交殼和超薄分層子結構的分層復合籠中。這種結構和組成上的優點可以加快電荷的分離和遷移，為水的光解提供大的表面積和豐富的反應位。該光催化劑在沒有與任何助催化劑結合的情況下，顯示出優異的H2析出活性（11270 μmol h-1g-1）和高穩定性。
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團簇作為光催化產氫的新型助催化劑丨Adv. Mater.
為了增強半導體光催化劑的性能，助催化劑通常被用于加速表面反應。樓雄文課題組將超小型鉬氧（MoOx）團簇開發為一種新型的非貴金屬助催化劑，可顯著提高CdS納米線（NWs）的光催化產氫速率。X射線吸收精細結構分析結果表明，CdS NW和MoOx團簇之間可形成直接鍵，這保證了光生電荷載流子的遷移。此外，由于獨特的原子排列和構型以及長壽命電子的產生，MoOx團簇誘導了深電子陷阱態，從而增強了活性。這些發現可能指導用于太陽能水分解的有效助催化材料的設計，并為超小型團簇的實際應用開辟新途徑。
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
樓雄文教授簡介
樓雄文教授，1978年出生于浙江金華，先后于2002和2004年在新加坡國立大學獲得一級榮譽學士學位和碩士學位，2008年在美國康奈爾大學獲得化學與生物分子工程專業博士學位，并因其出色的工作被授予AustinHooey獎金和劉氏紀念獎，現為南洋理工大學化學與生物工程系教授。于2017年入選英國皇家化學會會士Fellow of Royal Society of Chemistry (FRSC)、2013年獲得世界文化理事會特別榮譽獎World Cultural Council (WCC) special recognition award、同年獲得十五屆亞洲化學大會—亞洲新星、2012年獲得新加坡國家科學院—青年科學家獎等。2015年入選新加坡國家基金研究會評審員Singapore National Research Foundation (NRF) Investigatorship。樓雄文教授現為Science Advances副編輯、Journal of MaterialsChemistry A副主編、Small Methods編委。
課題組網站：
https://www.ntu.edu.sg/home/XWLou/
課題組合影
（來源：https://www.ntu.edu.sg/home/XWLou/）
