2019年楼雄文教授课题组发表了哪些成果？

前言：
此前我们曾推出名师志系列，对国内外重要科研团队的研究成果进行了整理。年底了，我们将这一年各研究团队的成果进行汇总，从而对名师志进一步补充，以帮助大家对各位老师的研究成果有更加系统全面的认识。今天，我们盘点一下新加坡南洋理工大学楼雄文教授课题组在2019年取得的重要研究成果。
1. Science Advances：高结晶度镍掺杂 FeP/碳中空纳米棒作为全 pH 值高效且耐用的析氢电催化剂

在本文中，研究者报告了与碳杂化的掺 Ni 的 FeP 纳米晶体的均匀中空纳米棒的合成，将其作为电催化剂用于电催化析氢反应（HER）。这些中空纳米棒是基于金属有机骨架与植酸之间的刻蚀和配位反应，然后进行热解过程制备的。受益于丰富的活性位点，增强的质量和电荷传输能力，优化的 Ni 掺杂 FeP/C 中空纳米棒表现出出色的 HER 活性，可在酸性，中性和碱性介质中，分别为 72、117 和 95 mV 的过电位下实现 10 mA cm-2 的电流密度并具有出色的稳定性。X射线光电子能谱和密度泛函理论计算表明，增强的 HER 活性源于活性组分，结构和电子性质的协同调节。该方法为构建与能源相关的中空磷化物提供了一种通用且友好的策略。

标题：Highly crystalline Ni-doped FeP/carbon hollownanorods as all-pH efficient and durable hydrogenevolving electrocatalysts原文链接：https://advances.sciencemag.org/content/advances/5/2/eaav6009.full.pdf

2. Advanced Energy Materials：三元 Fe1-xS@多孔碳纳米线/氧化石墨烯杂化膜电极，可用于高体积和质量容量柔性钠离子电池
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具有挑战性，但对于可穿戴电子设备的钠离子电池（SIB）意义重大。在本文中，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）组成的杂化膜。所得混合薄膜表现出高柔韧性和结构稳定性。多维结构具有多个优点，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-xS@PCNWs/rGO 电极在 0.1 A g-1，面质量负载为 0.9-11.2 mg cm−2 条件下，连续 100 次循环中表现出 573-89 mAh g-1 的可逆容量，并且在电流密度为 0.2-5 A g-1 的情况下， 具有 424-180 mAh cm-3 的高体积比容量。更具竞争力的是，基于这种柔性 Fe1-xS@PCNWs/rGO 负极的 SIB 展现出出色的电化学性能，从而突出了其在多种柔性和可穿戴应用中的巨大潜力。

标题：A Ternary Fe1-xS@Porous Carbon Nanowires/Reduced Graphene Oxide Hybrid Film Electrode with Superior Volumetric and Gravimetric Capacities for Flexible Sodium Ion Batteries

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.201970026

3. Angewandte Chemie-International Edition：精确控制二到五壳的硫化钴多壳纳米盒的合成并用于钠离子电池
报道了通过基于金属-有机骨架（MOF）的复杂阴离子转化和交换过程合成的硫化钴多壳纳米盒。多钒酸根离子与钴基沸石咪唑酸盐骨架-67（ZIF-67）纳米立方体反应形成 ZIF-67/多钒酸钴蛋黄壳状颗粒。形成的蛋黄壳颗粒通过溶剂热处理逐渐转变为二钒酸钴多壳纳米盒。通过改变温度，可以轻松地将壳数控制在2到5之间。最后，通过与 S2- 离子交换和后续热处理，生成了硫化钴多壳纳米盒。当作为钠离子电池的负极时，所获得的硫化钴多壳纳米盒具有增强的储钠性能。例如，在 500 mA g-1 的电流密度下，经过 100 次循环后，可以保持 438 mAh g-1 的高比容量。

标题：Synthesis of Cobalt Sulfide Multi-shelled Nanoboxes with Precisely Controlled Two to Five Shells for Sodium-Ion Batteries

原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ange.201812387

4. Small：双金属有机骨架衍生的Co-Fe合金/ N掺杂碳空心球用于增强电催化氧还原
金属-有机骨架（MOF）复合材料最近被认为是有前途的前体，可以为各种与能源相关的应用衍生出先进的金属/碳基材料。在这里，开发了一种双 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核和用分立的铁基 MOF 纳米晶体封装的 Co 基 MOF 复合壳组成的新型核壳结构，然后进行热处理，以制备中空复合材料—Co-Fe 合金纳米颗粒均匀分布在多孔 N 掺杂碳纳米壳中。得益于其独特的结构和成分，所衍生的 Co-Fe 合金@掺杂 N 的碳空心球表现出增强的氧还原反应电催化性能。本方法扩展了用于设计和制备 MOF 衍生的先进功能材料以用于各种应用的工具箱。

标题：Co-Fe Alloy/N-Doped Carbon Hollow Spheres Derived from Dual Metal–Organic Frameworks for Enhanced Electrocatalytic Oxygen Reduction

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.201805324

5. Angewandte Chemie -International Edition：氮掺杂碳包覆的子弹状 Cu9S5 中空颗粒用于钠离子电池
具有优异的氧化还原可逆性和高容量的金属硫化物是用于钠离子电池的非常有前途的电极材料。然而，它们的实际应用仍然由于差的倍率性能和有限的循环寿命而受到制约。在本文中，开发了基于模板的策略，该策略以从子弹状 ZnO 颗粒为起始原料，最终合成氮掺杂碳包覆的 Cu9S5 子弹状中空颗粒。具有独特的结构和成分优势，这些独特的氮掺杂碳包覆的 Cu9S5 子弹状中空颗粒表现出出色的钠储存性能，即出色的倍率性能和超稳定的循环性能。

标题：Bullet-like Cu9S5 Hollow Particles Coated with Nitrogen-Doped Carbon for Sodium-Ion Batteries

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/anie.201902988

6. Advanced Science：用于电催化全水裂解的分层 Co-Fe 磷氧化物微管的构建
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裂解体系的关键需求。该目标可以通过细调电催化材料的组成和结构来实现。在这里，开发了一种简单的自模板合成策略，用于制备分层的 Co-Fe 磷氧化物微管（MTs）。铁基金属有机化合物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驱体转变为分层 Co-Fe 层状双氢氧化物 MTs，然后通过磷化处理将其转变为分层 Co-Fe 磷氧化物 MTs。得益于组成和分层中空结构的协同作用，所获得的电催化剂展现出增强的全水裂解性能。

标题：Construction of Hierarchical Co–Fe Oxyphosphide Microtubes for Electrocatalytic Overall Water Splitting

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.201900576

7. Advanced Materials：超细双相碳化物纳米晶限域在多孔氮掺杂碳十二面体中，用于高效析氢反应
设计具有可控结构和组成的新型非贵金属电催化剂，对于有效的析氢反应（HER）仍然是一个巨大的挑战。本文报道了通过热处理功能化沸石咪唑酸盐骨架（ZIF-8）与钼酸盐或钨酸盐，合成限域在多孔氮掺杂碳十二面体（PNCDs）中的超细碳化物纳米晶体的方法。通过控制 ZIF-8 框架中 MO4 单元的取代量（M = Mo 或 W），可以获得限域在 PNCDs 中的双相碳化物纳米晶体（表示为 MC-M2C/PNCDs），相比于单相 MC/PNCD 和 M2C/PNCD，它们表现出优异的 HER 活性。均匀分布的超细纳米晶体有利于活性位点的暴露。PNCD 作为载体，加速了 HER 过程中的电荷转移并抑制纳米晶体聚集。此外，MC 和 M2C 之间的强耦合相互作用为水离解和氢脱附提供了有益的位置。这项工作强调了一种新的可行策略，通过对纳米结构和组成进行工程化设计来探索高效的电催化剂。

标题：Ultrafine Dual-phased Metal Carbide Nanocrystals Confined in Porous Nitrogen-doped Carbon Dodecahedrons for Efficient Hydrogen Evolution Reaction

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201900699

8. Advanced Materials综述：用于太阳能转化为化学能的异质结构中空光催化剂的设计
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的最有希望的解决方案之一。高活性光催化剂的制备对于高效的太阳能化学能能源转化体系的实际应用具有重要意义。在各种光催化材料中，具有中空特征的基于半导体的异质结构光催化剂显示出明显的优势。合理设计异质结构空心光催化剂以实现光催化水分解和 CO2 还原的研究工作最近吸引了广泛的兴趣。首先，对单壳和多壳异质结构光催化剂进行了考察。然后，讨论了具有管状和框架形貌的异质结构中空光催化剂。本文旨在激发用于太阳能利用的高性能光催化剂材料设计方面的进一步创新工作。

标题：Design of Heterostructured Hollow Photocatalysts for Solar-to-Chemical Energy Conversion

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201900281

9. Matter 综述：先进钠离子电池的纳米结构负极
钠离子电池（SIBs）由于钠资源成本低廉，储量丰富，且其化学/电化学性质与现有的锂离子电池相似而备受关注。合理设计纳米结构使电极具有高可逆容量，优异的倍率性能和长期可循环性。在这篇综述中，总结了纳米结构电极材料的合理设计和合成方面的一些最新研究进展，这些材料具有可控的形状，结构及组成复杂性，和改善的钠存储性能。力求对纳米结构工程对电极材料的钠存储性质的影响提供一些理解。因此，可以预期，本综述将为先进 SIBs 的高性能电极材料的开发提供一些启示。

标题：Nanostructured Electrode Materials for Advanced Sodium-Ion Batteries

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2590238519300323

10. Angewandte Chemie-International Edition：具有增强钠存储性能的 CuS@CoS2 双壳纳米盒的合成
金属硫化物由于其高容量和良好的氧化还原可逆性，因此在有效的钠存储方面引起了广泛关注。然而，差的倍率性能和快速的容量衰减极大地阻碍了它们在钠离子电池中的实际应用。在此，开发了一种多步骤模板策略，在 CuS 内壳上支撑 CoS2 纳米片构造的外壳，以合理合成分层双壳纳米盒。它们的结构和组成使这些分层 CuS@CoS2 纳米盒能够显示出高容量，出色的倍率性能和长循环寿命等改善的电化学性能。

标题：Synthesis of CuS@CoS2 Double-Shelled Nanoboxes with Enhanced Sodium Storage Properties

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201902583

11. Advanced Materials：多孔石墨碳多面体中氧化锰和钴界面增强锌空气电池的氧电催化
高效的可充电金属空气电池迫切需要合理设计和合成用于氧析出反应（OER）和氧还原反应（ORR）的高活性和强力的双功能非贵金属电催化剂。在这里，通过以双金属-有机骨架为前驱体的简单水热及热处理在多孔石墨碳（MnO / Co / PGC）多面体中设计出大量的 MnO / Co 异质界面。原位生成的 Co 纳米晶体不仅可以创建具有高电导率明确的异质界面，以克服差的 OER 活性，还可以促进形成坚固的石墨碳。由于所需的组成和异质结构的形成，所得的 MnO/Co/PGC 对 OER 和 ORR均显示出优异的活性和稳定性，这使其成为可充电Zn-空气电池的有效空气负极。重要的是，自制锌空气电池能够提供出色的性能，包括 172 mW cm-2 的峰值功率密度和 872 mAh g-1 的比容量，以及出色的循环稳定性（350 次循环），优于商用混合 Pt/C||RuO2 催化剂。这项工作强调了氧电催化中异质界面的协同作用，从而为先进的金属-空气正极材料提供了一种有前途的制备方法。

标题：Interfacing Manganese Oxide and Cobalt in Porous Graphitic Carbon Polyhedrons Boosts Oxygen Electrocatalysis for Zn-air Batteries

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201902339

12. Advanced Materials：在 Co/N 掺杂石墨碳纳米笼上支持超薄 ZnIn2S4 纳米片，用于高效光催化产氢
将超薄 ZnIn2S4 纳米片（NSs）生长在Co/N掺杂的石墨碳（NGC）纳米笼上，该笼由几层 NGC 包围的 Co 纳米颗粒组成，以获得分层的 Co/NGC@ ZnIn2S4 中空异质结构，用于在可见光下光催化生成 H2。离散的Co，导电 NGC 和 ZnIn2S4 NSs 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，提供大的表面积，并为水的光裂解提供丰富的反应位点。Co/NGC@ZnIn2S4 光催化剂表现出优异的 H2 析出活性（即 11270 μmolh-1 g-1）和高稳定性，并且没有与任何助催化剂结合。

标题：Supporting Ultrathin ZnIn2S4 Nanosheets on Co/N‐Doped Graphitic Carbon Nanocages for Efficient Photocatalytic H2 Generation

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201903404

13. Angewandte Chemie-International Edition：在多通道碳基质上生长Bi2O3 纳米片催化 CO2 电还原为 HCOOH Bi2O3 纳米片生长在用于 CO2 RR 的导电多通道碳基质（MCCM）上。所获得的电催化剂在适中的过电位下显示出期望的局部电流密度为 17.7 mA cm−2，并且对 HCOOH 形成具有高度选择性，在宽电位窗口内法拉第效率接近90％，且在 -1.256 V 时其达到最大值 93.8 ％。在过电位为 0.846 V 的情况下，显示出 55.3 ％ 的最大能量效率， 12 h 的长期稳定性，且降解可忽略不计。优异的性能归因于交织的 MCCM 和分层 Bi2O3 纳米片的协同作用，其中 MCCM 加速了电子转移，增加 CO2 吸附以及高比例的吡咯-N 和吡啶-N，而超薄的 Bi2O3 纳米片提供了丰富的活性位点，降低接触阻抗以及缩短电解质扩散路径。

标题：Bi2O3 Nanosheets Grown on Multi-Channel Carbon Matrix Catalyze Efficient CO2 Electroreduction to HCOOH

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201907674

14. Angewandte Chemie-International Edition：构建 CoO/Co-Cu-S 分层管状异质结构用于混合超级电容器
超级电容器电极材料的分层中空结构可以扩大表面积，加快离子和电子的传输，并适应循环过程中的体积膨胀。此外，异质结构的构建将增强内部电场以调节电子结构。分层中空异质结构的所有这些特征有利于提高高性能超级电容器电极材料的电化学性能和稳定性。在此，通过高效的多步法制备了由纳米针组成的CoO/Co-Cu-S分层管状异质结构（HTHSs）。优化的样品在 2.0 A g-1 时具有 320 mAh g-1（2300 F g-1）的高比容量，并具有出色的循环稳定性，在 10 A g-1 下经过 5000 次循环后仍具有 96.5 ％ 的初始容量。经优化的样品在 2.0 A g-1 时具有 320 mAh g-1（2300 F g-1）的高比容量，并具有出色的循环稳定性，在 10 A g-1 下经过 5000 次循环后仍具有 96.5 ％ 的初始容量。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 90.7 Wh kg-1 的稳定、高能量密度。

标题：Construction of CoO/Co-Cu-S Hierarchical Tubular Heterostructures for Hybrid Supercapacitors

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ange.201907516

15. Advanced Materials：揭示N掺杂碳基上负载孤立Ni原子电催化析氧活性起源 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至关重要。在此报道，N掺杂中空碳基上原子分布的 Ni 位点是碱性条件下 OER 的有前景的电催化剂。在以良好控制的配位几何构型装饰活性镍位点后，观察到催化活性显著增强。X射线吸收光谱研究和密度泛函理论（DFT）计算结果表明，通过 Ni-N 配位进行有效的电子耦合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。

标题：Unveiling the Activity Origin of Electrocatalytic Oxygen Evolution over Isolated Ni Atoms Supported on N-doped Carbon Matrix

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201904548

16. Science：设计束状的 Pt-Ni 合金纳米笼以实现燃料电池中的氧还原
开发高效且耐用的电催化剂对实用的燃料电池至关重要。研究者报道了一维束状的具有Pt外皮结构铂-镍（Pt-Ni）合金纳米笼并用于氧还原反应，展现出高质量活性（每毫克铂 3.52 安培）和比活性（每平方厘米铂5.16毫安），比商业铂碳催化剂（Pt/C）高 17、14 倍。在 50,000 次循环后，该催化剂表现出高稳定性，且活性的衰退可忽略不计。实验结果和理论计算均表明，由应力和配体效应引起的强键铂-氧（Pt-O）位点较少。此外，这种催化剂组装的燃料电池在 0.6 V下的电流密度为每平方厘米1.5安培，并且可以稳定运行至少180小时。

标题：Engineering bunched Pt-Ni alloy nanocages for efficient oxygen reduction in practical fuel cell原文链接：https://science.sciencemag.org/content/366/6467/850

17. Small Methods 综述：分层中空异质结构用于光催化 CO2 还原和水裂解
由于全球能源和环境问题的挑战，使用基于半导体光催化剂的太阳能驱动的光催化体系生产有价值的高能燃料吸引了广泛关注。开发高效且稳定的光催化剂对于这项有前景技术的发展至关重要。具有超薄二维（2D）纳米片亚单元的分层中空异质结构对于光催化具有多种固有优势，如增加光收集，加快电荷分离和转移以及促进表面氧化还原反应。这篇综述总结了在悬浮体系中光催化 CO2 还原和水裂解中合理设计分级中空异质结构的最新进展。突出了分层中空异质结构光催化剂在太阳能燃料生产应用中的优势和进展。讨论了分层中空异质结构进一步发展及其在光催化应用中的挑战。同时提出了对潜在解决方案的一些展望。

标题：Hierarchical Hollow Heterostructures for Photocatalytic CO2 Reduction and Water Splitting

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smtd.201900586

18. Angewandte Chemie-International Edition：基于金属-有机骨架的氧还原反应电催化剂 考虑到清洁和可持续的能源，基于金属有机骨架（MOFs）的材料，包括原始的 MOFs，MOF 复合材料及其衍生物，正成为氧还原反应（ORR）的独特电催化剂。由于其可调节的成分和多样的结构，高效的基于 MOF 的材料为加速燃料电池和金属-空气电池正极中缓慢的 ORR 提供了新的机会。本综述首先介绍了 ORR 和MOFs，然后对 ORR 基于 MOF 的电催化剂进行了分类。重点介绍了 MOF 基 ORR 电催化剂的最新突破，强调了合成策略，组分，形貌，结构，电催化性能和反应机理。最后，还讨论了 MOF 基 ORR 电催化剂的当前挑战和未来前景。

标题：Metal–Organic Frameworks Based Electrocatalysts for the Oxygen Reduction Reaction

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ange.201910309

19. Advanced Materials：将亚纳米级的 Pt 团簇限域在中空介孔碳球中以增强析氧活性
电化学水裂解被认为是生产清洁且可持续的氢燃料的有前途的方法，作为一类新的具有高表面原子比，可调节组成和电子结构的纳米材料，金属簇有望成为催化剂。在此，通过限域在中空介孔碳球中的 Pt 团簇（Pt5/HMCS），展示了一种合成具有活性且稳定的 Pt 基析氢反应电催化剂的新策略。这种结构将在配体去除过程中有效地稳定 Pt 团簇，从而在酸性和碱性溶液中产生显著的电催化析氢性能。特别是，在 Pt 负载相同的情况下，最佳的 Pt5/HMCS 电催化剂表现出的 Pt 质量活性是商用 Pt/C 催化剂的 12 倍。这项研究例证了一种简单而有效的方法，可以提高具有稳定金属簇的贵金属基催化剂的成本效益。

标题：Confining Sub-Nanometer Pt Clusters in Hollow Mesoporous Carbon Spheres for Boosting Hydrogen Evolution Activity

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201901349

20. Angewandte Chemie – International Edition：通过连续离子交换合成Cu 取代的 CoS2@CuxS 双壳纳米盒，用于有效的钠存储
由于各组分的协同作用，已证明电极材料复合结构的构建是提高钠储存性能的有效策略。然而，具有合理结构和所需组成并适用于钠存储的复合纳米结构的制备仍然具有挑战性。在此，通过基于金属-有机框架（MOF）的模板策略，合成了由 Cu 取代的 CoS2@CuxS 双壳纳米盒（命名为 Cu-CoS2@CuxS DSNBs）组成的复合纳米结构。独特的外壳结构和复杂组分赋予 Cu-CoS2@CuxS DSNBs 电极增强的电化学性能，即出色的倍率性能和稳定的循环性能。

标题：Synthesis of Cu-Substituted CoS2@CuxS Double-Shelled Nanoboxes via Sequential Ion Exchange for Efficient Sodium Storage

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ange.201912924