6月30日，澳大利亚阿德莱德大学乔世璋教授团队与其在韩国汉阳大学的两位合作者Ungyu Paik教授、Taeseup Song教授的AMR评述文章“Metastable Two-Dimensional Materials for Electrocatalytic Energy Conversions”正式在线发表，总结了近年来课题组针对亚稳态二维电催化剂选择性合成及调控的最新策略，并结合热力学及动力学，在原子尺度研究并总结了生长机理以及催化剂设计原则。应编辑部邀请，作者团队概述文章要点并分享了选择这一领域的原因和对领域发展的愿景，欢迎感兴趣的读者提问交流。
通讯作者简介 乔世璋教授，现任澳大利亚阿德莱德大学化学工程与先进材料学院纳米技术首席教授，能源与催化材料中心主任，澳大利亚昆士兰大学荣誉教授，主要从事新能源技术纳米材料领域的研究，包括电催化、光催化、电池等。作为通讯作者，在 Nature、Nature Energy、Nature Communications、Journal of American Chemical Society、Angewandte Chemie-International Edition、Advanced Materials等国际顶级期刊发表学术论文超过440篇，引用超过68500次，h指数为134（Web of Science数据）。同时，乔教授拥有多项发明专利，并从工业界和澳大利亚研究理事会获得研究经费超过1500万澳元。 乔世璋教授已获得多项重要奖励与荣誉，包括2019年首届阿德莱德大学校长研究卓越奖、2017年澳大利亚研究理事会桂冠学者(ARC Australian LaureateFellow)、2016年埃克森美孚奖、2013年美国化学学会能源与燃料部新兴研究者奖以及澳大利亚研究理事会杰出研究者奖(DORA)。乔教授是国际化学工程师学会会士、澳大利亚皇家化学会会士、英国皇家化学会会士等。同时，他担任国际刊物英国皇家化学会杂志 Journal of Materials Chemistry A副主编，也是科睿唯安(Clarivate Analytics)/ 汤姆森路透(Thomson Reuters)化学及材料科学两个领域的高被引科学家。 AMR： 请简要描述一下这篇Account所介绍的研究。 近些年来，电催化在清洁能源转换及存储领域展现出巨大的前景。作为电催化反应的核心，催化剂的活性及稳定性在本质上决定了电催化系统的性能。相较于其他纳米材料，二维材料具有单一的暴露晶面以及独特的物理化学性质，不仅适合作为理想模型用于电催化反应的机理研究，也可作为基底材料用于合成非贵金属基电催化剂。然而自然界中稳定存在的二维材料大都处于热力学稳定晶相，导致其催化活性较差。 亚稳态二维材料的高能晶相以及非平衡的表面结构，赋予其良好的催化活性。同时亚稳态二维材料具有高电导率、高活性位点密度以及高本征活性等特点，在电解水、燃料电池以及二氧化碳还原等领域具有巨大的应用前景。然而迄今为止，低成本可控合成具有单一晶相，高效稳定的亚稳态二维电催化剂仍然面临着艰巨的挑战。 这篇Account总结了近些年来本课题组针对亚稳态二维电催化剂选择性合成及调控的最新策略，并结合热力学及动力学，在原子尺度研究并总结了生长机理以及催化剂设计原则。如（1）化学剥离法；（2）电子诱导生长法；（3）拓扑化学法以及（4）限域生长法。最后我们分析并总结了亚稳态二维材料在多种电催化反应中的应用，强调了材料组分与结构的精确调控对其电催化特性的重要性。最后我们针对不同种的电催化反应，从材料的生长，物理化学特性及性能优化等角度提出了自己的一些认识与见解。 通过结合该领域现有的成果及其巨大的应用前景，我们希望最终实现高性能、低成本的电催化剂以应用于异相催化及清洁能源等领域。 AMR： 您选择这一领域的原因是什么？ 一直以来，我们都致力于通过理论结合实验，在原子分子层面对电催化剂进行合理的设计及优化。选择合理的模型用于理论计算是其中的一大难点。由于亚稳态二维材料的晶体结构相对简单，对于理论建模以及反应路径计算有着更高的准确性。同时，近年来我们致力于原位测试与表征的研究。亚稳态二维材料可以作为良好的媒介用于串联电化学实验，原位表征以及理论计算三大模块，从而帮助我们深入理解并揭示电催化反应的机理。 AMR： 您对亚稳态二维材料领域的发展有何种愿景？ 亚稳态二维材料的研究与应用还处于初级阶段。其较高的制备成本，严苛的生长条件，以及相对较差的稳定性，极大制约了其工业化进程。现阶段，通过在原子层面理解并调控其合成及催化性质，是该领域发展的关键因素。同时，选择性合成高性能亚稳态二维电催化剂依然是难点。大部分亚稳态二维材料都需要后续处理才能具有较好的电催化性能。我们希望在未来的工作中，通过理论结合实验，既能优化材料生长的动力学，也能够在生长阶段直接实现材料催化性能的调控，从而在源头上节约催化剂制备的时间与成本。 扫码阅读乔世璋教授与合作者团队的精彩Account文章： Metastable Two-Dimensional Materials for Electrocatalytic Energy Conversions Huanyu Jin, Taeseup Song, Ungyu Paik, and Shi-Zhang Qiao* 原文链接：
