直播预告| 邃瞳Talk第二期：康振辉教授和卢思宇教授：碳点的光、电性质研究及其应用

康振辉，1999年东北师范大学化学学院，理学学士学位；2005年东北师范大学化学学院，理学博士学位；2006－2008年香港城市大学，生物及化学系、超金刚石与先进薄膜中心，博士后；2008. 06至今苏州大学，功能纳米与软物质研究院，教授。主要从事碳点功能材料研究，集中于碳点的大规模可控制备，性质调控，以及催化特性。建立了碳-水体系的电化学刻蚀法，实现高质量碳量子点的大量可控制备；系统阐明了碳量子点的结构、表面组成与光电化学性质间的关系；实现了对碳量子点光电性质的调变，使其成为高效非金属光电催化剂；提出“能量转换与电子传递协同作用”的催化剂设计思路，设计出一系列基于碳量子点的高效光电催化体系；提出并示范了完全光分解水的“两步-两电子过程”新机制；提出光电催化分析的新方法，自主设计和研发出原位瞬态催化界面电子传输动力学测试系统。在Science, Nature Electronics. Nature commun, Angew. Chem., J. Am. Chem. Soc., Adv. Mater., Energy Environ. Sci.等学术刊物上共发表学术论文250余篇；论文他引29000余次。2018-2020年入选科睿唯安交叉学科全球“高被引科学家”。1篇论文获评“2015年中国百篇最具影响国际学术论文”，研究成果获评“2015年度中国科学十大进展”。2019年国家“万人计划”科技创新领军人才，2018年科技部“中青年科技领军人才”，2018年英国皇家化学会会士，2017年杰出青年基金获得者，2014年优秀青年基金获得者，2012年中组部青年拔尖人才，2008年全国百篇优秀博士论文获得者。主持国家自然科学基金委项目、科技部重点研发计划课题等科研项目十余项。相关成果曾多次被《Science》、《Chemistry World》、《NPG Asia Materials》、《Current Science》等杂志，以及Nanotechweb.org，Physicsworld.com等国内外科学媒体作专题报道。

与其他碳纳米结构相比，碳点具有丰富的光致发光和光电化学性能。碳点可以定义为尺寸小于10 nm的碳颗粒(石墨碎片)。2010年，我们开发了一种简单的电化学方法，以石墨棒和纯水为原料，大规模制备高纯度的高质量碳点。这些晶态良好的碳点表现出尺寸依赖性的光致发光和丰富的光电催化性能。此外，还在研究具有明确化学结构和可控形貌的碳点，如手性碳点和晶态C₃N点等。碳点具有可调PL、分散性、低毒、生物相容性、生物降解、原料丰富、成本低等特点。这些特性预示着碳点在生物成像、光电器件、催化和功能材料等领域的广泛应用。阐明了碳点的结构、表面组成与光电化学性能的关系。特别地，我们提出了一个简单的半经验公式来确定由带隙计算的碳点的导带和价带。在这种半经验模型中，CB (VB)与带隙之间存在线性关系。设计并制备了一系列用于能源和环境应用的碳基高效光催化、电催化和光电催化体系。碳点在许多反应中表现出很高的催化活性，在高性能光催化剂和电催化剂的设计中，碳点也是功能组分。我们提出了一种新的基于碳点的三组分电催化剂设计方案，合成出复合电催化剂，可以选择性和高效生产合成气。其中，碳点是触发CO₂转化为CO和HER所需的H•生成位点。首次提出了一种分析稳态光激发下强迫动力学光催化过程中电子转移数的新方法，并论证了“两步双电子路径”高效整体水光裂解的新机理。我们还提出了一种新的原位瞬态光电化学分析系统，通过该系统我们发现了碳点的一种新的光电化学性质，即盐增强的电子汇效应。目前，大多数光催化剂存在严重的盐失活效应，光生电荷消耗巨大。设计的碳点基无金属光催化剂在海水中可高效光合生成H₂O₂，产率为1776 μmol g^-1h^-1 (λ≥420 nm; 34.8 mW/cm²)。海水中的离子增强了碳点的电子势阱效应，使其在海水中的光催化活性优于在纯水中的光催化活性。碳点为清洁和新能源催化以及从太阳能到化学能的转换提供了高效的新型光电催化剂。这里我们还将进一步介绍我们提出的光电催化的分析新方法，自主设计和研发的原位瞬态界面动力学测试系统。将以碳点催化体系为例，介绍在原位瞬态测试系统的协助下构建热-动力学模型，获取了催化剂的反应速率、反应机理、催化动力学和最佳反应条件等重要信息，实现对催化剂和催化反应的准确预测。

卢思宇，男，国家优秀青年基金获得者，现任郑州大学化学学院教授，博士生导师，郑州大学能源化学研究所副所长，郑州大学首届青年拔尖人才。主要研究领域为光电纳米晶(碳点等)的性质，制备，及其杂化体系在显示和能源中的应用; 催化、超导结构预测等第一性原理计算研究。近年来以第一作者或通讯作者(含共同第一作者和共同通讯作者)在Angew. Chem.，Adv. Mater.，Nano Today，Adv. Sci.等期刊共发表学术论文72篇，其中影响因子大于10的论文共33篇，论文引用6000余次，29篇入选ESI高被引论文。主持包括国家优秀青年基金，面上基金，青年基金等多项国家级和省级重要科研项目。兼任《SmartMat》， 《稀有金属》(中英文版)， 《Chinese Chemical Letters》青年编委和《Chinese Chemical Letters》、《发光学报》专刊客座编辑。

碳点是近十年来发展起来的一种新型多功能材料。目前，它主要是由有机小分子或聚合物通过水热缩合、交联和碳化等过程制备。碳点具有制备工艺简单、表面改性容易、发射光谱可调、性能稳定、水溶性好、生物相容性好优异等优势，因此在传感、生物成像、医学诊疗、能源催化和光电器件等诸多领域显示出巨大的应用潜力[1-14]。

1、利用杂化碳基内核与表面微纳结构协同作用，实现了碳点的全可见光谱发射的可控制备；

2、碳点限域纳米晶的调控策略，阐明了抑制金属纳米催化材料团聚的化学机理，显著提高了电解水产氢效率。