论纳米结构的设计，这个课题组堪称世界一流！

做纳米材料的同学，大家都明白材料的性能往往与纳米结构有着强大关联。甚至，一个良好的纳米结构，往往是决定性能的主导因素。

谈到纳米结构大师，就不得不提到新加坡南洋理工大学的楼雄文教授了。

楼老师现为新加坡南洋理工大学教授，连续多年入选Clarivate Analytics “高被引科学家”名单(化学与材料科学领域)。楼老师专注于新能源材料与器件研究，并取得了卓越的研究成果。他现为Science Advances副主编、Journal of Materials Chemistry A副主编、Small Methods编委。截止到2020年6月，共发表论文300多篇，其中多篇为高被引论文、热点文章、封面文章，总被引用次数高达7万多，H因子高达165。

课题组主页链接：https://www.ntu.edu.sg/home/xwlou/，大家也可以通过微信关注楼老师课题组的最新学术进展：WeChat ID: Nano-Art (请注明哪个学校, 如果是为了联系博士，博后或访问学者申请，请不要加)

此外，楼老师也是“桃李满天下”，从课题组的主页可以看到，楼老师的学生遍布全国各地，一大批学生已经成为各类985高校的全职教授，且拥有相当多的学术头衔。

小编有幸听过楼老师的学术报告，相当精彩。楼老师的代表性作品，大多涉及纳米结构的设计，在这里，小编列举一些图片，供各位欣赏！简直可以说是艺术品！

图源：Adv. Mater. 2017, 29, 1703614

图源：Angewandte Chemie, 2015, 127(18): 5421-5425.

在这里，我们进一步介绍楼老师近期的一些代表性工作！

01

碳循环实现“永动”？源于自然，又回归于自然！

作者通过熔融盐辅助电化学法，由前驱体稻壳（RHs）合成Si纳米线/C（SiC-NW/C）复合材料。该工艺同时集成了碳化、电极氧化、纳米结构化和自纯化步骤，可将RHs转换为SiC-NW/C，该复合材料由嵌入在多孔N掺杂石墨碳中的SiC NW组装而成，并与石墨碳件存在强的耦合作用。

通过使用CaCl2-NaCl熔融盐作为电解质，将RHs直接转化为SiC-NW/C复合材料。得益于结构和组成方面的优点，SiC-NW/C复合材料在没有任何其他助催化剂或牺牲载体的情况下，具有将CO2光还原为CO的优异活性。

Direct Conversion of Rice Husks to Nanostructured SiC/C for CO2Photoreduction

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202001560

02

单原子位点的催化活性还可以怎么提高？

在此，作者报道将孤立的Ru原子修饰到富含边缘缺陷的碳基质中(ECM@Ru)，以用作高效的HER电催化剂。具有多形态的聚多巴胺(PDA)颗粒与Ru物种结合在一起，被用作制备高效催化剂的前体。XAS光谱验证了在不饱和几何结构中，孤立的Ru原子被N原子包围。电化学测试结果表明，在10和50 mA cm-2下其过电位分别为63和102 mV。此外，在过电位为100 mV时，其质量活性约为商用Pt/C催化剂的9.6倍。

实验结果和DFT计算表明，碳基体中边缘的存在极大地改变了孤立的Ru原子的本征电子结构，使有效的电荷传递和强局部电场效应得以结合，加速了析氢的反应动力学。这些结果还表明，调整支架的固有表面结构以稳定孤立原子是提高电催化剂的比活性和质量活性的一种普遍而有力的策略。

Implanting Isolated Ru Atoms into Edge‐Rich Carbon Matrix for Efficient Electrocatalytic Hydrogen Evolution

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aenm.202000882

03

纳米结构大师，教你如何设计双壳纳米管！

在此，作者展示了一种简便的金属有机骨架(MOF)辅助合成方法，该方法可构建分层FeCoS2-CoS2双壳纳米管(DSNTs)，其两壳均由2D纳米片亚基组装而成。通过两步阳离子交换反应，将两种金属硫化物精确地整合到一个双壳管状异质结构中，两个壳都由超薄二维（2D）纳米片组装而成。

受益于独特的结构和组成，FeCoS2–CoS2 DSNTs可以减少光激发电荷载流子的扩散长度，以促进电荷分离。此外，这种杂化结构可以暴露丰富的活性位点，以增强CO2吸附和表面依赖性的氧化还原反应，并通过复杂内部的光散射更有效地收集入射的太阳辐射。结果，FeCoS2–CoS2 DSNTs在光催化CO2还原方面显示出优异的活性和高稳定性，具有高的CO生成速率。

Formation of Hierarchical FeCoS2-CoS2 Double‐Shelled Nanotubes with Enhanced Performance for Photocatalytic Reduction of CO2

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.202004609

04

双管齐下，结构pick组分，让Li枝晶“束手无策”！

在这项工作中，作者设计了基于分层MoS2包覆的空心碳颗粒(C@MoS2/S)的空心纳米结构，其中，C@MoS2中空纳米结构是重复进行Li嵌入/脱出的良好支架。此外，封装的硫可以在Li嵌入/脱出过程中逐渐释放多硫化锂，作为一种有效的添加剂，可以促进嵌有晶体混合锂基成分的镶嵌固体电解质中间相(SEI)层的形成。这两个因素一起有效地抑制了锂枝晶的生长。

修饰后的锂金属阳极在1 mA cm-2的电流密度下在500个循环中显示出98％的高库仑效率。当与LiFePO4阴极匹配时，组装的全电池显示出300个循环的高度改善的循环寿命。

Sulfur-Preloaded Double-shelled C@MoS2 Structures As an Additive Reservoir for Stable Lithium Metal Anodes

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202001989

05

双壳纳米笼结构备受青睐，究竟有何优势？

在这项工作中，作者提出了一种简便的一锅自模板化策略，以合成由超薄纳米片组装的Ni-Fe LDH双壳纳米笼(DSNCs)。以MIL-88A为前驱体，通过在混合溶液中同时进行蚀刻和共沉淀反应，获得了具有分层特征的双壳Ni-Fe LDH DSNCs。通过调节溶剂组分之间的体积比，可以进一步调整壳数。

受益于这些分层空心结构的独特优点，Ni-Fe LDH DSNCs在碱性电解质中表现出优异的OER电催化活性。在20 mA cm-2下，过电位仅为246 mV，且具有出色的稳定性。

Designed Formation of Double‐Shelled Ni–Fe Layered‐Double‐Hydroxide Nanocages for Efficient Oxygen Evolution Reaction

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201906432

06

原位形成金属层，引导Li的均匀沉积！

锂金属阳极(LMA)由于受到不可控的锂树枝状晶体严重生长的阻碍，限制了其广泛应用。在这里，作者设计了具有核壳结构的NaMg(Mn)F3@C，作为LMA的基质。它可以将功能性离子长期释放到电解质中。由于有效成分设计为可溶性的碱金属氟化物与不溶性过渡金属氟化物（即NaMg(Mn)F3(NMMF)微立方体）的组合，以调节其溶解速率。由于碳的电化学稳定的特性，选择碳作为保护壳层以进一步阻止氟化物的溶解速率。

正如预期的那样，作者发现碳包覆的NMMF@C核壳结构的作用类似于电池系统的“spansules”，可将功能性金属和氟离子长期释放到电解质中。金属离子原位形成金属层(M层)可以诱导锂的均匀沉积，氟离子可以增强SEI稳定性。此外，NMMF@C改性的LMA表现出超稳定的性能，具有最高的库仑效率。在全电池测试中使用NMMF@C时，还可以实现超高容量保持能力和出色的循环寿命，这证明了其在实际电池中使用的可行性。

An ultrastable lithium metal anode enabled by designed metal fluoride spansules

https://advances.sciencemag.org/content/6/10/eaaz3112

07

高效实用的ORR电催化剂怎么设计？

对于几种重要的能量转化技术而言，探索用于氧还原反应(ORR)的高活性，耐用且具有成本效益的电催化剂是必不可少的。在学术界和工业界研究人员的大量努力下，已经取得了重大成就。在此，从更实际的角度来看，由于不能将圆盘电极(RDE)的性能直接转换为膜电极组件(MEA)的性能，因此本文在此更加强调ORR催化剂在MEA下的测试。

作者讨论了当前ORR电催化剂的四个主要类别，即铂族金属(PGM或贵金属)催化剂，非PGM催化剂，碳基催化剂和单原子基催化剂。简要回顾了ORR催化剂的优缺点和性能，并在全电池水平上强调了合理设计方法的改进。最后，作者讨论了开发高效ORR电催化剂的当前挑战和前景。

Advanced Electrocatalysts for the Oxygen Reduction Reaction in Energy Conversion Technologies

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2542435119306294

08

用于析氧反应的非贵金属基电催化剂

近年来，基于非贵金属的OER电催化剂引起了极大的研究关注。在此，本文从介绍OER的一些评估标准开始，对当前的OER电催化剂进行了综述，并对其金属/合金，氧化物，氢氧化物，硫族化物，磷化物，磷酸盐/硼酸盐和其他化合物的分类以及它们的优点和缺点进行了分类。为了开发更有效的OER电催化剂，作者还总结了OER的反应机理和实际应用的当前知识。最后，作者讨论了非贵金属基OER电催化剂的研究现状、挑战和一些观点。

Non‐Noble‐Metal‐Based Electrocatalysts toward the Oxygen Evolution Reaction

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.201910274

09

左右开弓，结构pick组分，提高光电催化活性！

在这里，作者开发了一种简便的合成策略，用于制备Fe2TiO5-TiO2纳米笼(NCs)，作为光电化学(PEC)水分解池中的阳极材料。通过水热反应，将MIL-125(Ti)纳米盘(NDs)转变为Ti-Fe-O NC，然后通过后退火工艺将其进一步转变为Fe2TiO5-TiO2 NC。由于组成和结构上的优势，与TiO2 ND、Fe2TiO5纳米颗粒和Fe2TiO5-TiO2 NPs相比，具有异质结构的Fe2TiO5-TiO2 NC在PEC水氧化方面表现出更高的性能。

Fabrication of Heterostructured Fe2TiO5-TiO2 Nanocages with Enhanced Photoelectrochemical Performance for Solar Energy Conversion

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/ange.202000697

10

“俄罗斯套娃”般的结构，助力高效Na储存！

在此，作者报道了精心设计和合成由三层Cu2S@carbon@MoS2作为钠离子电池阳极材料的分层纳米盒的方法。通过一种简便的多步骤模板参与策略，超薄MoS2纳米片在掺氮碳涂层的Cu2S纳米盒上生长，以实现Cu2S@carbon@MoS2的复合结构。

该设计缩短了电子/Na+离子的扩散路径，适应了循环过程中电极的体积变化，增强了杂化物的电导率，并为Na的吸收提供了丰富的活性位点。凭借这些优势，Cu2S@carbon@MoS2分层纳米盒在倍率性能和稳定的循环寿命方面显示出出色的电化学性能。

Rationally Designed Three‐Layered Cu2S@Carbon@MoS2 Hierarchical Nanoboxes for Efficient Sodium Storage

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.201915917

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