【综述】Adv. Energy Mater.：限域合成二维纳米能源材料

新型清洁能源的生产、转换和储存，成为21世纪最关键的科学问题之一。为了能够高效利用清洁可再生能源，特别是间歇性能源，能源转换和储存设备的开发一直受到世界各国的关注。虽然这些目标是设立在宏观设备应用，甚至是地球能源的可持续利用和环境改善上，但其关键基础科学和技术的突破却来自于电化学能源存储与转换新材料的研发，包括对材料的精准合成和结构的精确控制。二维纳米材料因其具有高比表面积、独特的结构和丰富的物理化学性能在电化学领域引起了广泛的研究。当前对二维纳米材料的可控制备包括“自上而下”的剥层策略，比如机械力剥层、液相剥层、化学/电化学离子嵌入剥层等；以及“自下而上”的合成策略，包括化学气相沉积 (CVD)、湿化学法合成、层间/表面限域合成等。其中限域合成策略因其可以在纳米尺度空间内实现对材料前体种类、浓度、排布方式等的精细控制，为有效调控材料成核生长过程、控制材料维度和尺寸、以及构建新型纳米复合结构及特异功能材料提供了新的途径。最近，北京化工大学邵明飞教授和卫敏教授以及香港城市大学张华教授合作发表了关于限域合成二维纳米能源材料的综述文章。

图1. 层状结构材料限域合成二维纳米材料示意图

文章详细归纳总结了以层状材料作为“纳米反应器”可控限域合成二维结构纳米材料的最新研究进展。作者首先将二维限域合成分为了“层间限域合成”和“表面限域合成”，例如石墨、水滑石 (LDHs)、蒙脱土 (MMT) 等材料由于层间具有开放的二维通道并且表面上通常含多种官能团或暴露多种活性位点，可以将反应物限域在其层间或表面，可控合成目标产物。进而详细介绍了前人基于限域合成策略制备二维纳米能源材料的研究工作，包括以LDHs或石墨烯等作为纳米反应器，层间&表面限域制备二维金属纳米片 (如Au, Sn, Ag)、二维金属化合物纳米片 (氧化物、硫化物和氯化物)、二维碳基纳米材料、二维导电聚合物纳米片（如PPy）、二维金属有机框架化合物纳米片 (MOFs)、以及二维氮化物等。

随后，他们详细介绍了基于限域合成策略所制备的二维纳米材料在系列电催化反应，包括电催化氧化反应（如电催化分解水析氧反应（OER）和小分子电催化氧化反应（乙醇、甲酸、水合肼）），以及电催化还原反应（如电催化分解水析氢（HER）和电催化氧还原（ORR））等领域的研究进展。最后，他们对限域合成制备二维纳米能源材料的未来研究方向和研究重点进行了展望。相关论文在线发表在Advanced Energy Materials 上。该文的第一作者为北京化工大学在读博士生栗振华，通讯作者为北京化工大学邵明飞、卫敏教授与香港城市大学张华教授。

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Confined Synthesis of 2D Nanostructured Materials toward Electrocatalysis

Zhenhua Li, Xiao Zhang, Hongfei Cheng, Jiawei Liu, Mingfei Shao, Min Wei, David G. Evans, Hua Zhang, Xue Duan

Adv. Energy Mater., 2019, DOI: 10.1002/aenm.201900486

作者简介

邵明飞，北京化工大学化学系教授、博士生导师。2014年于北京化工大学取得博士学位，2013年于牛津大学博士联合培养。

研究领域面向二维插层结构能源材料、结构化电极设计、能源存储与光电化学催化。目前以第一或通讯作者在Chem、Adv. Mater.、Angew. Chem. Int. Ed.、J. Am. Chem. Soc、Energy Environ. Sci.、Adv. Energy Mater. 、Adv. Funct. Mater.、Nano Energy、Energy Storage Mater.、Chem. Sci.、Chem. Mater.、Small 等国际化学材料类期刊发表SCI论文51篇，10篇论文入选ESI高被引TOP 1%论文，入选RSC TOP 1%中国高被引作者(2018)。论文发表以来已被SCI期刊引用4000余次（Google Scholar），其中单篇最高引用490余次，H因子为32。以第一作者参与撰写英文专著章节1章。

https://www.x-mol.com/university/faculty/49701

卫敏，教授、博士生导师。2001年于北京大学获理学博士学位。2008年佐治亚理工学院访问学者。2001年至今于北京化工大学从事二维化学与功能材料研究。

近5年以通讯作者在Nature Commun.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater. 等刊物发表SCI收录研究论文150余篇。发表论文他引8,200余次。获2012年国家杰出青年基金资助。以第一完成人获 2015 年中国石油和化学工业联合会科技进步一等奖。入选2017年度青年科技创新领军人才，同年入选国家百千万人才工程，被授予“有突出贡献中青年专家”称号。

https://www.x-mol.com/university/faculty/8792

张华，香港城市大学教授。先后获得南京大学学士和硕士学位，1995年获得北京大学博士学位，并在比利时鲁汶大学、美国西北大学从事博士后研究工作。研究领域包括超薄二维纳米材料的合成（如金属薄片、石墨烯、金属硫化物、金属有机框架，共价有机骨架等）、复合材料在纳米/生物传感器/清洁能源等方面的应用、新型金属和半导体纳米材料、光刻微纳米尺度表面结构、纳米和生物材料自组装单分子膜等。

近年来，在Science、Nat. Chem.、Nat. Catal.、Nat. Rev. Mater. 等国际知名学术杂志上发表论文460余篇，引用超过5万5千次，H指数>110。2014年当选英国皇家化学学会会士(FRSC)，2015年当选亚太材料科学院(APAM)院士。入选“全球最有影响力科学思想科学家名录”和“高被引科学家名单”(2014-2017，汤森路透), “17位世界最具影响力科学家”(2014，汤森路透) 和“19位世界最具影响力科学家(2015，汤森路透)”。

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