项目名称限域反应构建晶态氧化物能量转换材料及调控机制

项目名称：限域反应构建晶态氧化物能量转换材料及调控机制

提名意见：

该项目属于无机材料与化学工程学科交叉领域。晶态氧化物能量转换材料在光电化学能转换及能量存储等领域具有重要应用，关键取决于其原子水平结构设计及控制。该项目立足于介观限域反应过程，提出特定晶面及其多级结构可控合成策略，揭示并提出光电化学能转换及储能新机制。1、提出从原子尺度精确调控晶态氧化物表面以及本体近程结构，发现独特表面原子排布及其多级结构耦合极大地提升电子传输和表面催化性能。2、提出从原子尺度精确调控“助”材料表面电子结构，发现特定表面原子排布有效促进催化反应中间产物吸脱附过程以及电子传输行为。3、提出基于氧化石墨表面含氧官能团与金属离子强配位限域反应制备金属氧化物/碳的新思路，合成具有优异光电化学转换性能的晶态氧化物/碳表面耦合多级结构。4、发展了界面限域反应控制制备杂化结构复合材料新思路，基于材料结构演化动力学模型构筑了新颖金属氧化物嵌入介孔碳复合多级结构材料。该项目在Nature Energy和Nature Commun.等期刊发表SCI论文158篇，SCI他引超过15000余次。8篇代表性论文包括Nature Commun.、Adv. Mater.和Angew. Chem. Int. Ed.等期刊，SCI总被他引2434次，6篇论文入选ESI高引论文。国际学术会议主题和邀请报告32次，授权发明专利28项。获得2014年度上海市自然科学一等奖。提名该项目为国家自然科学奖二等奖。

项目简介：

该项目属于无机材料与化学工程学科交叉领域。晶态氧化物能量转换材料在光电化学能转换及能量存储等领域具有重要应用，关键取决于其原子水平结构设计及控制。介观限域组装可以精确控制材料生长表/界面微区温度和浓度等特征，为材料原子水平结构设计及精准合成提供可能。该项目立足于介观限域反应过程，提出特定晶面及其多级结构可控合成策略，创新性合成性能优异的光化学能转换及能量存储材料新结构，揭示并提出光电化学能转换及储能新机制。

1、提出从原子尺度精确调控晶态氧化物表面以及本体近程结构，阐明晶体结构控制生长与微区传递/反应之间的耦合关系，首次可控制备高指及活性晶面主导晶态氧化物材料，发现独特表面原子排布及其多级结构耦合极大地提升电子传输和表面催化性能。

2、提出从原子尺度精确调控“助”材料表面电子结构，构建其几何电子结构与催化性能、稳定性之间的构-效关系，合成了整体光电化学性能优异的晶态氧化物材料，发现特定表面原子排布有效促进催化反应中间产物吸脱附过程以及电子传输行为。

3、提出基于氧化石墨表面含氧官能团与金属离子强配位限域反应制备金属氧化物/碳的新思路，合成具有优异光电化学转换性能的晶态氧化物/碳表面耦合多级结构，发现该耦合结构可以形成界面电场并促进电子定向迁移。

4、发展了界面限域反应控制制备杂化结构复合材料新思路，基于材料结构演化动力学模型构筑了新颖金属氧化物嵌入介孔碳复合多级结构材料，发现界面工程化可以显著增强其电化学性能。

该项目在Nature Energy和Nature Commun.等期刊发表SCI论文158篇，SCI 他引超过15000余次。8篇代表性论文包括Nature Commun.、Energy Environ. Sci.、Adv. Mater.和Angew. Chem. Int. Ed.等期刊，平均影响因子12.91；SCI总被他引2434次，每篇他引均超过100次，6篇论文入选ESI高引论文。引用期刊包括Chem. Rev.、Acc. Chem. Res.以及Science、Nature、Nature Mater.等。

美国劳伦斯伯克利国家实验室科学家J. Guo等认为：“（Yang等人）通过表面修饰手段为合成高活性纳米结构TiO2开创了新道路”；德国康斯坦茨大学S. Polarz教授指出：“首次制备热力学上难于形成的{105}晶面氧化钛纳米晶”；新型太阳能电池之父M. Grätzel教授评价：“这项研究成果将会有益于该研究领域，并且从表面化学的角度来看是漂亮有趣的结果”。日本国立材料研究所Y. Bando 教授等人评价：“三维碳基复合多级结构材料不仅可以克服金属氧化物理论上的缺陷，而且能够提高其功率性能”。国际学术会议主题和邀请报告32次，授权发明专利28项。项目组2人入选英国皇家化学会会士，2人获得国家杰出青年科学基金资助。获得2014年度上海市自然科学一等奖。

客观评价：

该项目在Nature Energy和Nature Commun.等期刊发表SCI论文158篇，IF 大于6.0论文72篇，总被SCI他引超过15000余次。8篇代表性论文包括Nature Commun.、Energy Environ. Sci.、Adv. Mater.和Angew. Chem. Int. Ed.等期刊，平均影响因子12.91；SCI总被他引2434次，每篇他引均超过100次；6篇论文入选ESI高引论文，单篇最高SCI他引825次。引用期刊包括Chem. Rev.、Chem. Soc. Rev.、Acc. Chem. Res.以及Science、Nature、Nature Mater.等期刊。获得2014年度上海市自然科学一等奖。

创新点 1 晶态氧化物特定晶面可控生长：美国劳伦斯伯克利国家实验室科学家J. Guo在其综述中指出：“（Yang 等人）通过表面修饰手段为合成高活性纳米结构TiO2开创了新道路（open up new pathways）”（Chem. Rev., 2014, 114, 9662）。德国Konstanz大学S. Polarz教授在其综述论文中评价指出：“Yang等首次（the first）制备热力学上难于形成的{105}晶面氧化钛纳米晶”（Adv. Funct. Mater., 2011, 21: 3214）。加拿大Toronto大学E. H. Sargent教授引用该工作指出：“控制金属氧化物颗粒暴露晶面可改善CQD太阳能电池性能，比如具有丰富高表面能(001)晶面锐钛相氧化钛具有长期稳定优异光催化活性”（Nat. Mater., 2014, 13: 233）。新加坡南洋理工大学X. W. Lou教授引用限域构建双金属氧化物方面工作时认为：“通过聚合物/表面活性剂辅助方法合成了钴酸镍纳米线，同时表现出高电容和优良的循环稳定性”（Energy Environ. Sci., 2012, 5: 9453）。美国加州福利亚大学R. M. Penner教授引用我们在超细超薄多级结构限域组装方面的工作时指出：“超细超薄结构有利于提高电化学活性”（ACS Nano, 2011, 5: 8275）；澳