催化計(jì)編輯部對(duì)全球重要科研團(tuán)隊(duì)2020年代表性成果進(jìn)行了梳理，今天，我們要介紹的是中國(guó)科學(xué)院院士，發(fā)展中國(guó)家科學(xué)院院士、南京大學(xué)鄒志剛教授。
鄒志剛教授長(zhǎng)期從事新能源及光催化材料的設(shè)計(jì)、制備、反應(yīng)機(jī)理及其應(yīng)用的基礎(chǔ)研究，在新一代光催化材料等能源與環(huán)境材料的設(shè)計(jì)理論、核心制備和應(yīng)用等方面做出了系統(tǒng)性、原創(chuàng)性的成果。已發(fā)表SCI科學(xué)論文600余篇，他引32000余次，連續(xù)6年入選愛思唯爾“中國(guó)高被引學(xué)者”榜單，連續(xù)2年獲評(píng)科睿唯安“高被引科學(xué)家”稱號(hào)。
鄒志剛院士團(tuán)隊(duì)在國(guó)內(nèi)率先開展光催化還原CO2研究，并率先實(shí)現(xiàn)了利用光催化材料將CO2和水轉(zhuǎn)化為氧氣和甲烷等碳?xì)浠衔?。在世界上首次提出“地外人工光合成”技術(shù)，實(shí)現(xiàn)密閉空間的廢棄資源原位再生，大大降低載人空間站、載人深空飛船的物資供應(yīng)需求。而且可利用火星等大氣環(huán)境中豐富的二氧化碳和水原位資源生產(chǎn)氧氣和燃料，實(shí)現(xiàn)人類在其它行星的地外生存，支撐可承受、可持續(xù)的載人深空探索任務(wù)。該成果將有力支撐載人航天發(fā)展，并期待在未來載人深空探索發(fā)揮重要作用。
鄒志剛院士課題組部分代表性研究成果包括但不限于：
由于鄒志剛院士成果頗豐，在諸多領(lǐng)域均有重要成果，此處僅列舉其中幾種，歡迎大家留言補(bǔ)充。
1）提出了調(diào)控光催化材料能帶結(jié)構(gòu)的新理論和新方法，發(fā)展了新一代可見光響應(yīng)型光催化材料，拓寬了光催化材料的響應(yīng)范圍，實(shí)現(xiàn)了可見光下水的完全分解，完成了太陽能-氫能轉(zhuǎn)換從“0”到“1”的技術(shù)突破；
2）構(gòu)建了納米異質(zhì)結(jié)光催化材料新體系，實(shí)現(xiàn)了光生電子和空穴對(duì)的有效分離，顯著提高量子效率和光催化性能；
3）發(fā)現(xiàn)了不同污染物間的協(xié)同降解新效應(yīng)，篩選出可實(shí)際應(yīng)用的高效光催化材料體系；
4）模擬植物光合作用實(shí)現(xiàn)了利用光催化材料將CO2和水轉(zhuǎn)化為氧氣和甲烷等碳?xì)淙剂?，拓展了光催化材料的研究領(lǐng)域；
5）實(shí)現(xiàn)了燃料電池關(guān)鍵材料與部件的全面國(guó)產(chǎn)化，突破了新型碳基鈣鈦礦太陽能電池最大面積最高效率的制造與認(rèn)證。
此外，鄒志剛院士課題組在新型微納結(jié)構(gòu)薄膜太陽電池、高性能低成本長(zhǎng)壽命燃料電池、新奇材料及其物理化學(xué)特性研究等相關(guān)領(lǐng)域進(jìn)行了大量科學(xué)探索，在醫(yī)學(xué)、航天等交叉領(lǐng)域也取得了一系列重要進(jìn)展。因篇幅原因，此處不做詳細(xì)介紹。
有鑒于此，納米人編輯部簡(jiǎn)要總結(jié)了鄒志剛院士課題組2020年部分重要研究成果，供大家交流學(xué)習(xí)。
1）由于相關(guān)論文數(shù)量較多，本文僅限于通訊作者論文，如有重要遺漏，歡迎留言補(bǔ)充。
2）由于學(xué)術(shù)水平有限，所選文章及其表述如有不當(dāng)，敬請(qǐng)批評(píng)指正。
3）由于篇幅限制，部分成果未詳細(xì)解讀，僅以發(fā)表截圖展示。
其中，2020年最具代表性的成果包括但不限于：
1）設(shè)計(jì)制備了一種加速非水溶液中鋰介體NRR的鍍金碳纖維紙催化劑
2）利用溶劑熱法合成了三元異質(zhì)Pt-Ni NWs用作高效ORR催化劑
3）證明了亞穩(wěn)態(tài)β-Fe2O3薄膜是用于太陽能水分解的有前途的光陽極材料
4）研究了半導(dǎo)體/法拉第層/液體結(jié)中的電荷轉(zhuǎn)移機(jī)理
5）提出了一種自然激發(fā)的“應(yīng)力響應(yīng)”方法，用于提高熒光探針CsPbBr3@SiO2納米粒子的水穩(wěn)定性
本文主要篇幅將分為以下兩個(gè)方面展開：
Part Ⅰ 代表性成果
Part Ⅱ 電催化
Part Ⅲ 光催化
Part Ⅳ 納米醫(yī)學(xué)
2020年代表性成果1
金電催化鋰還原加速固氮
NH3的綠色生產(chǎn)，特別是非水溶液中鋰介體電化學(xué)氮?dú)膺€原反應(yīng)（NRR）正引起人們的廣泛研究興趣。然而，關(guān)于NRR機(jī)制的爭(zhēng)論極大地阻礙了它的優(yōu)化和廣泛應(yīng)用。近日，為揭示其電催化過程，南京大學(xué)鄒志剛院士，Cong-Ping Wu，姚穎方副教授報(bào)道了一種鍍金碳纖維紙（Au/CP）模型催化劑,Au極大地提高了電子轉(zhuǎn)移動(dòng)力學(xué)以催化金屬Li的形成，從而極大地加速了NRR的自發(fā)生成。該工作研究揭示了鋰介體非水NRR反應(yīng)的關(guān)鍵步驟是電催化還原鋰，為鋰還原提供了一種新的電催化劑設(shè)計(jì)方法。（技術(shù)詳情參見本文正文）
2020年代表性成果2
溶劑熱法合成三元異質(zhì)Pt-Ni NWs
PEMFCs的商業(yè)化仍有兩個(gè)重要的問題需要解決，即氧還原反應(yīng)(ORR)動(dòng)力學(xué)緩慢和電極穩(wěn)定性差。Pt-Ni合金對(duì)ORR具有較高的活性。但鎳的溶解不利于催化劑的耐久性，甚至比鉑的奧斯瓦爾德熟化更嚴(yán)重。以前的工作已經(jīng)證明，摻雜Au可能是克服這些障礙的有效策略。然而，Au對(duì)ORR是惰性的，從而降低了電化學(xué)性能。因此，調(diào)控三元Pt-Ni-Au體系的組成和結(jié)構(gòu)尤為重要。有鑒于此，南京大學(xué)鄒志剛院士、劉建國(guó)教授等人合作，成功地通過簡(jiǎn)單的溶劑熱法合成了具有隨機(jī)分布的Pt-Ni和Pt-Au相的三元非均相Pt-Ni NWs。通過綜合各向異性一維非均質(zhì)結(jié)構(gòu)和Au摻雜的優(yōu)點(diǎn)，三元Pt-Au-Ni NWs對(duì)ORR表現(xiàn)出良好的電化學(xué)活性和穩(wěn)定性。（技術(shù)詳情參見本文正文）
2020年代表性成果3
為在水分解中使用β-Fe2O3鋪平道路
從無毒，成本，穩(wěn)定性和理論上的太陽能轉(zhuǎn)化效率來看，過去幾十年中，具有窄帶隙的鐵基半導(dǎo)體（例如，α-Fe2O3）被認(rèn)為是有前途的光陽極材料。β-Fe2O3同樣具有窄的能帶隙，因此理論上具有很高的太陽能轉(zhuǎn)化效率，但由于其亞穩(wěn)性，用β-Fe2O3光電陽極對(duì)水分解的研究仍遙遙無期。近日，南京大學(xué)鄒志剛院士課題組李朝升等人研究了激光波長(zhǎng)和輻照功率對(duì)β-Fe2O3到α-Fe2O3的相變的影響，并闡明了β-Fe2O3的拉曼振動(dòng)光譜。摻雜Zr后，組裝好的β-Fe2O3光電陽極可以在后處理過程中承受更高的退火溫度。因此，顆粒組裝的摻Zr的β-Fe2O3光電陽極的太陽水分解光電流密度顯著提高到1.2 mA cm-2，是純?chǔ)?Fe2O3光電陽極的5倍。該工作表明亞穩(wěn)態(tài)β-Fe2O3薄膜是用于太陽能水分解的有前途的光陽極材料。（技術(shù)詳情參見本文正文）
2020年代表性成果4
半導(dǎo)體/法拉第層/液體結(jié)中的可逆電荷轉(zhuǎn)移和可調(diào)電位窗口
法拉體(Farador)是一種電子離子耦合傳輸導(dǎo)體，半導(dǎo)體和法拉體接觸形成法拉第結(jié)。傳統(tǒng)半導(dǎo)體結(jié)的載流子為電子，界面電荷轉(zhuǎn)移不會(huì)引起化學(xué)變化。而法拉第結(jié)的載流子為耦合電子和離子，界面電荷轉(zhuǎn)移則會(huì)引起化學(xué)變化。目前法拉第結(jié)的界面電荷傳輸機(jī)制建立在半導(dǎo)體結(jié)能帶理論的基礎(chǔ)上，然而經(jīng)典能帶理論無法解釋其特殊界面電荷傳輸行為。南京大學(xué)鄒志剛院士和羅文俊等人，通過使用Fe2O3和Ni（OH）2作為模型，精確地控制了半導(dǎo)體與法拉第層之間的界面結(jié)構(gòu)，并研究了半導(dǎo)體/法拉第層/液體結(jié)中的電荷轉(zhuǎn)移機(jī)理。結(jié)果表明，短路嚴(yán)重限制了太陽能分水電池和太陽能超級(jí)電容器的結(jié)點(diǎn)性能。（技術(shù)詳情參見本文正文）
2020年代表性成果5
應(yīng)力響應(yīng)包裹法制備超穩(wěn)定的CsPbBr3@SiO2腫瘤顯像劑
強(qiáng)大的光電性能可以預(yù)示CsPbBr3納米晶體（NCs）的高潛力，可以用作早期腫瘤診斷的熒光探針。但是，CsPbBr3 NCs固有的水脆弱性極大地限制了其生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用。有鑒于此，南京大學(xué)鄒志剛院士和姚穎方等人，引入了一種自然激發(fā)的“應(yīng)力響應(yīng)”方法，將CsPbBr3緊密封裝到SiO2納米殼中，可以在48小時(shí)內(nèi)顯著提高CsPbBr3@SiO2納米粒子的水穩(wěn)定性。該工作首次展示了鹵化鈣鈦礦鉛NCs在腫瘤診斷中的潛力，并可以高度預(yù)期照亮活細(xì)胞的進(jìn)一步體內(nèi)生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用。（技術(shù)詳情參見本文正文）
Part Ⅱ 電催化
Angew：多米諾效應(yīng)：金電催化鋰還原加速固氮
NH3的綠色生產(chǎn)，特別是非水溶液中鋰介體電化學(xué)氮?dú)膺€原反應(yīng)（NRR）正引起人們的廣泛研究興趣。然而，關(guān)于NRR機(jī)制的爭(zhēng)論極大地阻礙了它的優(yōu)化和廣泛應(yīng)用。
近日，為揭示其電催化過程，南京大學(xué)鄒志剛院士，Cong-Ping Wu，姚穎方副教授報(bào)道了一種鍍金碳纖維紙（Au/CP）模型催化劑。密度泛函理論(DFT)計(jì)算表明，Li在Au(111)面上的吸附能在-3.23 eV比Li在C(002)面上的吸附能在-1.95 eV強(qiáng)得多，預(yù)示了Au和Li離子之間更容易的電子轉(zhuǎn)移動(dòng)力學(xué)。原位X射線衍射首次觀察到了核反應(yīng)過程中鋰中間體的轉(zhuǎn)變。Au極大地提高了電子轉(zhuǎn)移動(dòng)力學(xué)以催化金屬Li的形成，從而極大地加速了NRR的自發(fā)生成。氮?dú)庠傺h(huán)對(duì)Au/CP的法拉第效率達(dá)到34.0%，NH3產(chǎn)率高達(dá)50 g h-1 cm-2。
Lin-Feng Gao, et al, Domino effect: gold electrocatalyzing lithium reduction to accelerate nitrogen fixation, Angew. Chem. Int. Ed., 2020
DOI: 10.1002/anie.202015496
https://doi.org/10.1002/anie.202015496
Chem. Commun.：一步法合成IrOx修飾的超薄NiFe LDH納米片高效催化OER
析氧反應(yīng)（OER）是各種清潔能源技術(shù)的重要質(zhì)子供體。然而，OER緩慢的動(dòng)力學(xué)限制了能量轉(zhuǎn)換效率。有必要探索高性能的電催化劑來降低過電位和提高OER動(dòng)力學(xué)。貴金屬材料作為一種高效的商業(yè)電催化劑得到了廣泛的應(yīng)用，但其豐度低、成本高制約了其應(yīng)用的進(jìn)一步擴(kuò)大。因此，為OER開發(fā)非貴金屬基催化劑是一個(gè)引人注目的科學(xué)挑戰(zhàn)。目前，大量的地球豐富的金屬基催化劑被作為候選研究對(duì)象。然而，大多數(shù)通過簡(jiǎn)單途徑合成的化合物并不具有令人滿意的OER活性。層狀雙氫氧化物(LDH)由于來源豐富，成本低，OER活性好，易于生產(chǎn)，是理想的替代品之一。LDHs由帶正電荷的金屬氫氧化物層和帶負(fù)電荷的插入陰離子構(gòu)成。金屬氫氧化物層陽離子和插入陰離子的可調(diào)性使LDHs的化學(xué)成分靈活，易于優(yōu)化。然而，低電導(dǎo)率和活性部位暴露不足限制了本征OER活性的發(fā)揮。
有鑒于此，南京大學(xué)鄒志剛院士、于濤教授和閆世成教授等人，通過一步沉淀法合成了IrOx修飾的超薄NiFe-LDH納米片（厚度為1-2 nm）。獨(dú)特的超薄NiFe-LDH納米片結(jié)構(gòu)可以暴露出更多的高活性邊緣反應(yīng)位點(diǎn)。同時(shí)，XPS分析和電化學(xué)結(jié)果表明，超薄NiFe-LDH納米片表面的IrOx物種進(jìn)一步增加了LDH納米片的表面活性位并改善了表面電子轉(zhuǎn)移。IrOx/U-NiFe-LDH表現(xiàn)出出色的OER性能，具有低過電勢(shì)（236 mV）和低Tafel斜率（74.3 mA dec-1）。
Depei Liu et al. One-step synthesis of IrOx-decorated ultrathin NiFe LDH nanosheets for efficient oxygen evolution reaction. Chem. Commun., 2020.
DOI: 10.1039/D0CC04938G
https://doi.org/10.1039/D0CC04938G
Journal of Catalysis：三明治狀NiFe層狀雙氫氧化物/CO(1-x)S的應(yīng)變異質(zhì)界面用于高效和優(yōu)異穩(wěn)定性的OER
鈷硫化合物作為OER的電催化劑已被廣泛研究，但其較大的電荷轉(zhuǎn)移電阻降低了其活性。一些相關(guān)研究表明，異質(zhì)結(jié)可以通過調(diào)節(jié)電子排列來促進(jìn)電荷傳導(dǎo)。
有鑒于此，南京大學(xué)周勇教授，河南科技大學(xué)李國(guó)嶺，廈門理工學(xué)院姜春海教授報(bào)道了通過簡(jiǎn)單的兩步水熱電沉積方法已成功地在NF上制備了三明治狀?yuàn)A層狀異質(zhì)結(jié)構(gòu)NiFe LDH/Co1-xS電極。3D催化空間和應(yīng)變異質(zhì)界面有效地促進(jìn)了電子相互作用，增強(qiáng)了反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，促進(jìn)了含氧中間體的化學(xué)吸附，最終獲得了優(yōu)異的OER活性和穩(wěn)定性。當(dāng)電流密度為10 mA cm-2時(shí)，NiFe LDH/CO1-xs電極具有較低的過電位（251 mV）。電化學(xué)比表面積為32.84 mF cm-2，遠(yuǎn)大于純NiFe LDH（5.49 mF cm-2）和CO1-xS（17.98 mF cm-2）的總和。塔菲爾斜率和電化學(xué)阻抗譜顯示電解過程具有良好的動(dòng)力學(xué)特性。此外，NiFe LDH/CO1-xS在堿性介質(zhì)中具有較長(zhǎng)的耐久性，在連續(xù)運(yùn)行150h以上表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性。遠(yuǎn)優(yōu)于最近報(bào)道的富稀土電催化劑。
Feng Du, et al, Strained heterointerfaces in sandwich–like NiFe layered double hydroxides/Co1-xS for highly efficient and superior long–term durable oxygen evolution reaction, Journal of Catalysis (2020)
DOI：10.1016/j.jcat.2020.05.026
https://doi.org/10.1016/j.jcat.2020.05.026
Chem. Commun.：具有增強(qiáng)的活性和穩(wěn)定性的三元異質(zhì)Pt-Ni-Au納米線
質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFCs)具有能量轉(zhuǎn)換效率高、零排放等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是解決能源短缺和環(huán)境污染問題的一種非常具有應(yīng)用前景的技術(shù)。然而，PEMFCs的商業(yè)化仍有兩個(gè)重要的問題需要解決，即氧還原反應(yīng)(ORR)動(dòng)力學(xué)緩慢和電極穩(wěn)定性差。研究人員已經(jīng)證明Pt-Ni合金對(duì)ORR具有較高的活性。合金鎳可以調(diào)節(jié)鉑的電子性質(zhì)，從而改變催化表面的氧結(jié)合能。研究人員合成了三種不同形貌的Pt-Ni合金，如八面體、枝晶和納米線。值得注意的是1 d 納米線獲得了越來越多的關(guān)注,因?yàn)樗麄兊呢S富的臺(tái)階、邊緣、高指數(shù)晶面。對(duì)于Pt-Ni合金，鎳的溶解不利于催化劑的耐久性，甚至比鉑的奧斯瓦爾德熟化更嚴(yán)重。以前的工作已經(jīng)證明，摻雜Au可能是克服這些障礙的有效策略。然而，Au對(duì)ORR是惰性的，從而降低了電化學(xué)性能。因此，調(diào)控三元Pt-Ni-Au體系的組成和結(jié)構(gòu)尤為重要。然而，由于三元體系的復(fù)雜性，很少有文獻(xiàn)提出三元異構(gòu)Pt-Ni-Au作為ORR催化劑。
有鑒于此，南京大學(xué)鄒志剛院士、劉建國(guó)教授等人合作，成功地通過簡(jiǎn)單的溶劑熱法合成了具有隨機(jī)分布的Pt-Ni和Pt-Au相的三元非均相Pt-Ni NWs。Pt-Ni-Au NWs具有大量缺陷的微觀Pt-Ni相和Pt-Au相和調(diào)制的電子結(jié)構(gòu)，這起源于特殊的非均質(zhì)結(jié)構(gòu)。通過綜合各向異性一維非均質(zhì)結(jié)構(gòu)和Au摻雜的優(yōu)點(diǎn)，三元Pt-Au-Ni NWs不僅對(duì)ORR表現(xiàn)出良好的電化學(xué)活性，而且經(jīng)過30000次循環(huán)的加速耐久性試驗(yàn)(ADT)，表現(xiàn)出良好的耐久性。此外，Pt-Ni-Au NWs在實(shí)際電池中表現(xiàn)出良好的活性和穩(wěn)定性。
Zhicheng Lin et al. Ternary Heterogeneous Pt-Ni-Au Nanowires with Enhanced Activity and Stability for PEMFC. Chemical Communications, 2020.
DOI: 10.1039/D0CC01554G
https://doi.org/10.1039/D0CC01554G
AFM：各種黑磷基結(jié)構(gòu)的最新進(jìn)展：基本性質(zhì)，合成，穩(wěn)定性，光催化和電催化
在過去的幾十年中，對(duì)用于高效能量轉(zhuǎn)換技術(shù)的先進(jìn)催化劑的設(shè)計(jì)和開發(fā)進(jìn)行了廣泛的研究。由于其獨(dú)特的層狀結(jié)構(gòu)、各向異性結(jié)構(gòu)、可調(diào)的直接帶隙和超高的電荷遷移率等特殊的物理化學(xué)性質(zhì)，黑磷(BP)被認(rèn)為是最有前途的催化劑之一，表現(xiàn)出優(yōu)異的性能，并受到廣泛關(guān)注。
有鑒于此，南京大學(xué)周勇教授和鄒志剛院士等人，綜述了各種結(jié)構(gòu)的黑磷基材料的最近研究進(jìn)展，包括其基本性質(zhì)，合成方法，穩(wěn)定性，以及在光催化和電催化領(lǐng)域的應(yīng)用。
Wa Gao et al. State‐of‐the‐Art Progress in Diverse Black Phosphorus‐Based Structures: Basic Properties, Synthesis, Stability, Photo‐ and Electrocatalysis‐Driven Energy Conversion. Advanced Functional Materials, 2020.
DOI: 10.1002/adfm.202005197
https://doi.org/10.1002/adfm.202005197
Part Ⅲ 光催化
NSR：為在水分解中使用β-Fe2O3鋪平道路：拉曼識(shí)別，相變和相穩(wěn)定策略
自從提出氫經(jīng)濟(jì)概念以來，使用光電化學(xué)（PEC）或光催化水分解法進(jìn)行太陽能制氫在人工利用取之不盡的太陽能中占據(jù)了非常重要的位置。從無毒，成本，穩(wěn)定性和理論上的太陽能轉(zhuǎn)化效率來看，過去幾十年中，具有窄帶隙的鐵基半導(dǎo)體（例如，α-Fe2O3）被認(rèn)為是有前途的光陽極材料。β-Fe2O3同樣具有窄的能帶隙，因此理論上具有很高的太陽能轉(zhuǎn)化效率，但由于其亞穩(wěn)性，用β-Fe2O3光電陽極對(duì)水分解的研究仍遙遙無期。
近日，南京大學(xué)鄒志剛院士課題組李朝升等人研究了激光波長(zhǎng)和輻照功率對(duì)β-Fe2O3到α-Fe2O3的相變的影響，并闡明了β-Fe2O3的拉曼振動(dòng)光譜。摻雜Zr后，組裝好的β-Fe2O3光電陽極可以在后處理過程中承受更高的退火溫度。因此，顆粒組裝的摻Zr的β-Fe2O3光電陽極的太陽水分解光電流密度顯著提高到1.2 mA cm-2，是純?chǔ)?Fe2O3光電陽極的5倍。這項(xiàng)研究表明亞穩(wěn)態(tài)β-Fe2O3薄膜是用于太陽能水分解的有前途的光陽極材料。
Ningsi Zhang, et al,Paving the road toward the use of β-Fe2O3 in solar water splitting: Raman identification, phase transformation, and strategies for phase stabilization, National Science Review, 2020.
DOI:10.1093/nsr/nwaa039
https://doi.org/10.1093/nsr/nwaa039
ACS Catalysis：具有空間分離活性位點(diǎn)的島狀空心石墨烯在TaON上的原位生長(zhǎng)用于促進(jìn)可見光CO2還原
低效的電荷分離和具有動(dòng)力學(xué)挑戰(zhàn)性的界面反應(yīng)嚴(yán)重阻礙了光催化CO2還原。通過將非貴重助催化劑與半導(dǎo)體相結(jié)合，對(duì)于優(yōu)化這些工藝至關(guān)重要。
近日，南京大學(xué)閆世成教授、鄒志剛院士，杭州電子科技大學(xué)鐘家松副教授，裴浪報(bào)道了一種在TaON顆粒上原位生長(zhǎng)島狀石墨烯（TaON@G）的分步策略。研究發(fā)現(xiàn)，TaON@G光催化劑具有緊密的接觸界面，合適的界面能級(jí)以加速電荷分離，具有有利于吸附CO2的島狀空心納米結(jié)構(gòu)石墨烯，以及具有空間分隔的活性位點(diǎn)以激活CO2和促進(jìn)質(zhì)子釋放的層次化結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，優(yōu)化后的TaON@G催化劑在可見光驅(qū)動(dòng)下CO2轉(zhuǎn)化為CH4的產(chǎn)率達(dá)到1.61 mol g-1 h-1，比原始TaON催化劑提高近13倍，表現(xiàn)優(yōu)于大多數(shù)鉭基氮化物催化劑。密度泛函理論（DFT）計(jì)算結(jié)果進(jìn)一步闡明了TaON@G催化劑優(yōu)異活性的來源，TaON與石墨烯通過TaON向石墨烯的電荷轉(zhuǎn)移發(fā)生了強(qiáng)烈的相互作用，誘導(dǎo)形成了富電子石墨烯，使得石墨烯的費(fèi)米能級(jí)顯著上移，進(jìn)而導(dǎo)致具有高填充率的反鍵軌道，從而削弱了吸附CO2的C=O鍵的斷裂。
Lang Pei, et al, In Situ-Grown Island-Shaped Hollow Graphene on TaON with Spatially Separated Active Sites Achieving Enhanced Visible-Light CO2 Reduction, ACS Catal. 2020.
DOI: 10.1021/acscatal.0c03918
https://dx.doi.org/10.1021/acscatal.0c03918
Chemical Science：將單個(gè)Ni位點(diǎn)整合到共價(jià)有機(jī)骨架的仿生網(wǎng)絡(luò)中，以選擇性還原CO2
將CO2選擇性光還原成給定的產(chǎn)品是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)，但是可取的。受非貴金屬分子催化劑上分層網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生的自然光合作用的啟發(fā)，福州大學(xué)于巖、李留義和南京大學(xué)鄒志剛院士等人，證明了單個(gè)Ni位點(diǎn)集成到聚酰亞胺共價(jià)有機(jī)骨架（PI-COFs）的六邊形孔中，以選擇性地將CO2光還原為CO。
COF六角孔中的位點(diǎn)充當(dāng)CO2的活性位點(diǎn)活化和轉(zhuǎn)化，而PI-COF不僅充當(dāng)光敏劑以生成電荷載流子，而且還對(duì)選擇性發(fā)揮促進(jìn)作用。具有三嗪環(huán)的優(yōu)化PI-COF具有出色的活性和選擇性。研究人員提出了一種可能的分子內(nèi)和分子間電荷轉(zhuǎn)移機(jī)制，其中PI-COFs中的光生電子有效地從中心環(huán)分離到二酰亞胺鍵，然后轉(zhuǎn)移到單個(gè)Ni活性位點(diǎn)，這在理論上得到了證明。
Xin Chen, et al., Integrating single Ni sites into biomimetic networks of covalent organic frameworks for selective photoreduction of CO2. Chemical Science, 2020.
DOI: 10.1039/d0sc01747g
https://doi.org/10.1039/D0SC01747G
Chem. Soc. Rev.：膠體量子點(diǎn)太陽能電池中的光激發(fā)載流子動(dòng)力學(xué)
膠體量子點(diǎn)太陽能電池（QDSC）的認(rèn)證功率轉(zhuǎn)換效率（PCE）記錄在過去幾年中已從不足4％大幅提高到16.6％。但是，QDSC的記錄PCE值仍大大低于理論效率。迄今為止，缺少對(duì)QDSC中光激發(fā)載流子動(dòng)力學(xué)的總結(jié)。QDSC的光伏性能仍然受到光電壓，光電流和填充因子的限制，而光電壓，光電流和填充因子主要由器件中的光激發(fā)載流子動(dòng)力學(xué)決定，包括載流子（或激子）的產(chǎn)生，載流子的提取或轉(zhuǎn)移以及載流子的重組過程。
日本的電氣通信大學(xué)的沈青、陜西師范大學(xué)GuohuaWu和南京大學(xué)的鄒志剛等人，總結(jié)并討論了整個(gè)QDSC中從單個(gè)量子點(diǎn)（QD）到整個(gè)器件的光激發(fā)載流子動(dòng)力學(xué)，以及用于分析光激發(fā)載流子動(dòng)力學(xué)的表征方法。討論了包括光激發(fā)多激子生成（MEG），熱電子提取以及相鄰QD之間的載流子轉(zhuǎn)移以及QDSC的每個(gè)界面處的載流子注入和復(fù)合在內(nèi)的最新研究。還討論了光激發(fā)載流子動(dòng)力學(xué)對(duì)量子點(diǎn)的物理化學(xué)性質(zhì)和量子點(diǎn)控制器件的光電性能的影響。
Photoexcitedcarrier dynamics in colloidal quantum dot solar cells: insights into individualquantum dots, quantum dot solid films and devices，Chem. Soc. Rev., 2020.
DOI: 10.1039/c9cs00560a
https://doi.org/10.1039/C9CS00560A
iScience：半導(dǎo)體/法拉第層/液體結(jié)中的可逆電荷轉(zhuǎn)移和可調(diào)電位窗口
法拉體(Farador)是一種電子離子耦合傳輸導(dǎo)體, 半導(dǎo)體和法拉體接觸形成法拉第結(jié)。傳統(tǒng)半導(dǎo)體結(jié)的載流子為電子，界面電荷轉(zhuǎn)移不會(huì)引起化學(xué)變化。而法拉第結(jié)的載流子為耦合電子和離子，界面電荷轉(zhuǎn)移則會(huì)引起化學(xué)變化。法拉第結(jié)可用于各種太陽能轉(zhuǎn)化與存儲(chǔ)器件。目前法拉第結(jié)的界面電荷傳輸機(jī)制建立在半導(dǎo)體結(jié)能帶理論的基礎(chǔ)上，然而經(jīng)典能帶理論無法解釋其特殊界面電荷傳輸行為。因此，闡明法拉第結(jié)界面電荷傳輸機(jī)制，對(duì)建立半導(dǎo)體表界面新理論、開發(fā)太陽能轉(zhuǎn)換新器件具有非常重要的意義。
在此，南京大學(xué)鄒志剛院士和羅文俊等人，通過使用Fe2O3和Ni（OH）2作為模型，精確地控制了半導(dǎo)體與法拉第層之間的界面結(jié)構(gòu)，并研究了半導(dǎo)體/法拉第層/液體結(jié)中的電荷轉(zhuǎn)移機(jī)理。結(jié)果表明，短路嚴(yán)重限制了太陽能分水電池和太陽能超級(jí)電容器的結(jié)點(diǎn)性能。還發(fā)現(xiàn)法拉第材料的充放電電勢(shì)窗口敏感地取決于半導(dǎo)體的能帶位置，這提供了一種調(diào)整法拉第材料的電勢(shì)窗口的新方法。
Xiangtian Chen Reversible Charge Transfer and Adjustable Potential Window in Semiconductor/Faradaic Layer/Liquid Junctions.iScience,2020.
DOI: 10.1016/j.isci.2020.100949
https://doi.org/10.1016/j.isci.2020.100949
Solar RRL：基于二維鈦/鈮金屬氧化物材料在光催化領(lǐng)域中的應(yīng)用
化石能源枯竭和環(huán)境污染加劇等問題迫使人們必須尋找更加實(shí)際可行的可持續(xù)能源。光催化技術(shù)可將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，具有綠色、高效、無二次污染等特點(diǎn)。二維鈦/鈮金屬氧化物（2D TNMO）基化合物主要包含Ti4+-TiO6/Nb5+-NbO6八面體結(jié)構(gòu)，以其為前驅(qū)體，通過對(duì)其進(jìn)行修飾調(diào)控（包含結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和元素?fù)诫s），可實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)組分可調(diào)的2D TNMO基材料的構(gòu)筑，其作為光催化材料具有優(yōu)異的催化性能，具備良好的應(yīng)用前景。
近日，南京大學(xué)鄒志剛院士、侯文華教授和鹽城工學(xué)院張勤芳教授等人，系統(tǒng)全面地總結(jié)了2D TNMO光催化材料的合成方法、調(diào)控手段及光催化應(yīng)用。
Two-Dimensional Titanium/Niobium Metal Oxide-Based Materials for Photocatalytic Application. Solar RRL, 2020.
DOI: 10.1002/solr.202000070
Chem. Soc. Rev.綜述：超越C3N4的π-共軛無金屬聚合物半導(dǎo)體用于光催化化學(xué)轉(zhuǎn)化
具有穩(wěn)定、高效、廉價(jià)的無金屬催化劑的光催化是無污染能源生產(chǎn)的最有前途的選擇之一。
近日，南京大學(xué)周勇教授和鄒志剛院士，西南科技大學(xué)楊龍綜述了各種具有大π-共軛單元的高效無金屬高分子光催化劑的最新研究進(jìn)展，這些光催化劑可用于化學(xué)轉(zhuǎn)化，包括水裂解、CO2還原、氮還原、有機(jī)合成以及單體聚合。作者指出了無金屬聚合物光催化劑面臨的主要挑戰(zhàn)，包括：i）更具選擇性和活性的光催化劑的開發(fā)；ii）優(yōu)化光催化劑表面的吸附；iii）光催化機(jī)理的進(jìn)一步研究，以加速篩選出適用于傳統(tǒng)化學(xué)反應(yīng)的特定光催化劑。
Long Yang, et al, Beyond C3N4 π-conjugated metal-free polymeric semiconductors for photocatalytic chemical transformations, Chem. Soc. Rev., 2020.
DOI: 10.1039/d0cs00445f
https://doi.org/10.1039/d0cs00445f
Part Ⅳ 納米醫(yī)學(xué)
Nano Research：應(yīng)力響應(yīng)包裹法制備超穩(wěn)定的CsPbBr3@SiO2腫瘤顯像劑
強(qiáng)大的光電性能可以預(yù)示CsPbBr3納米晶體（NCs）的高潛力，可以用作早期腫瘤診斷的熒光探針。但是，CsPbBr3 NCs固有的水脆弱性極大地限制了其生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用。
有鑒于此，南京大學(xué)鄒志剛院士和姚穎方等人，引入了一種自然激發(fā)的“應(yīng)力響應(yīng)”方法，將CsPbBr3緊密封裝到SiO2納米殼中，可以在48小時(shí)內(nèi)顯著提高CsPbBr3@SiO2納米粒子的水穩(wěn)定性。進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了CsPbBr3@SiO2的有利特征通過將它們用作具有高水穩(wěn)定性，生物相容性和低細(xì)胞毒性的CT26腫瘤細(xì)胞成像的熒光探針。
Wentao Song et al., Super stable CsPbBr3@SiO2 tumor imaging reagent by stress-response encapsulation. Nano Research, 2020.
DOI: 10.1007/s12274-020-2697-9
http://doi.org/10.1007/s12274-020-2697-9
Trends in Chemistry："射向腫瘤細(xì)胞的阿波羅之箭"
傳統(tǒng)的癌癥治療方法（如放療和化療）在低劑量下無法達(dá)到預(yù)期的療效，高劑量下則對(duì)健康組織造成很大的損害。相比之下，光催化治療是一種相對(duì)溫和的方法，因?yàn)榭梢詫⒐庹丈涞教囟ǖ牟≡顓^(qū)域，光催化治療對(duì)健康組織的損害很小。
有鑒于此，南京大學(xué)鄒志剛院士、姚穎方副教授等人，介紹了腫瘤治療中光催化材料在近紅外光、紫外可見光和X射線波段的作用機(jī)理和研究進(jìn)展，討論了當(dāng)前的局限性，并展望未來的發(fā)展趨勢(shì)。
Photocatalytic Materials: An Apollo’s Arrow to Tumor Cells, Trends in Chemistry, 2020.
DOI: 10.1016/j.trechm.2020.10.002
https://doi.org/10.1016/j.trechm.2020.10.002
2020年，除了以上成果之外，鄒志剛院士團(tuán)隊(duì)還在光催化、燃料電池催化劑、環(huán)保催化等多個(gè)方面有所突破，在次不一一摘錄。
（課題組網(wǎng)頁：http://ererc.nju.edu.cn/）
重要理念
鄒志剛院士認(rèn)為，要想長(zhǎng)期堅(jiān)持做一件事、一份工作，興趣是關(guān)鍵。他經(jīng)常對(duì)學(xué)生說，如果要常年做一個(gè)枯燥的科研項(xiàng)目，那么一定要靠興趣驅(qū)動(dòng)來堅(jiān)持完成，如果是因?yàn)槟承├鎭碜鳛榍斑M(jìn)的動(dòng)力，短期內(nèi)可能可以堅(jiān)持，但是很難會(huì)有長(zhǎng)期的發(fā)展。此外，鄒志剛還會(huì)經(jīng)常鼓勵(lì)學(xué)生去做一些老師不知道、不了解的新課題，他特別強(qiáng)調(diào)對(duì)學(xué)生們創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，“學(xué)生們選擇和我一樣的課題研究，沒有創(chuàng)新也肯定難以超越我，他們要跳脫出我們現(xiàn)有的‘框架’才能夠‘青出于藍(lán)而勝于藍(lán)’?！?/span>
最后，我們想與大家分享幾條鄒志剛院士為師為學(xué)的感想，祝大家在在追尋真理的道路上越戰(zhàn)越勇、不斷前行！
“做科研要多些餓狼精神“
“總結(jié)的過程其實(shí)就是一個(gè)提高的過程，不停的發(fā)現(xiàn)問題、總結(jié)問題，才能有進(jìn)步。”
人物簡(jiǎn)介：
鄒志剛，男，1955年3月生于天津市，東京大學(xué)理學(xué)博士，南京大學(xué)教授，中國(guó)科學(xué)院院士，發(fā)展中國(guó)家科學(xué)院院士，長(zhǎng)江學(xué)者，“973”首席科學(xué)家?，F(xiàn)任南京大學(xué)環(huán)境材料與再生能源研究中心主任，江蘇省納米技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任，南京大學(xué)昆山創(chuàng)新研究院院長(zhǎng)。
