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作者簡介

成果精選！她，新任ACS Nano執行主編，北大「國家杰青/長江特聘」！毅然回國，致力于碳納米管的研究與應用！

李彥，北京大學博雅特聘教授、博士生導師。1983.9－1987.7，山東大學化學系讀本科，獲理學學士學位；1987.9－1990.7，山東大學化學系讀研究生，獲理學碩士學位；1990.9－1993.6，北京大學化學系讀博士生，獲理學博士學位；1993.7－1995.6，北京大學化學與分子工程學院博士后；1995.8－2002.7，北京大學化學與分子工程學院副教授；1999.11－2001.5，美國杜克大學化學系訪問副教授；2002.8－至今，北京大學化學與分子工程學院教授；2013－至今，北京大學博雅特聘教授。

主要獎勵和榮譽：

2018年，中國化學會-贏創化學創新獎杰出科學家獎；2017年，教育部科技成果獎自然科學一等獎（第一獲獎人）；2013年，教育部長江學者特聘教授；2011年，獲得國家杰出青年基金；2004年，入選首批教育部新世紀人才資助計劃。2016—2024年，美國化學會ACS Nano副主編；2025年起，美國化學會ACS Nano執行主編。

研究興趣：

課題組主要從事碳納米管（CNTs）的制備、修飾、表征和應用的研究。發展CNTs的可控制備方法，通過化學修飾和復合對CNTs進行進一步的性能調控，同時發展相應的表征技術以滿足可控制備和修飾研究的需求，并探索基于CNTs的材料在納電子、能源及生物醫學等方面的應用。

Adv. Funct. Mater.：單晶MoS₂納米管的制備及1D范德華異質結構

單晶二硫化鉬（MoS₂）納米管具有優異的電子和光電子性能，但是之前合成的MoS₂納米管受到結晶度差和將具有三原子層的薄片卷成管狀結構所需的高應變能的阻礙。基于此，北京大學李彥教授和盛建博士、清華大學徐志平教授等人報道了包裹在碳納米管內的結晶良好的MoS₂納米管的受限模板生長，形成一維（1D）范德華異質結構。

具體而言，作者采用CNTs內腔作為納米級反應容器，碳化鐵（Fe₅C₂）納米顆粒作為催化劑，通過一步化學氣相沉積（CVD）工藝成功地實現了包裹在CNTs內的MoS₂納米管的1D異質結構的可控生長。其中，CNTs作為納米反應器和結構受限模板，保證了MoS₂納米管的生長，而水蒸氣被用來操縱合成的MoS₂的結構和形態。通過溫和的等離子蝕刻去除外層的碳納米管，得到自支撐的MoS₂納米管。該方法顯示了高質量MoS₂納米管生長的催化效應和空間限制耦合的力量，可能成為制備各種過渡金屬二硫族化合物和其他材料的通用1D納米結構的通用策略。

Preparation of Single-Crystal MoS₂ Nanotubes and 1D Van der Waals Heterostructures. Adv. Funct. Mater., 2024

Nano Energy：共價鍵G/CNT作為高效雙功能氧電催化劑的高性能碳載體

電化學能量轉換技術中氧電催化劑的活性和穩定性在很大程度上依賴于碳載體的結構，而碳載體面臨著同時提高比表面積、電導率和石墨化程度的挑戰。基于此，北京大學李彥教授等人報道了一類新型的共價鍵石墨烯/碳納米管（G/CNT）雜化物作為電催化劑的碳載體。碳納米管和石墨烯之間的共價鍵，促進了電子的快速傳遞，石墨烯增加了可用的電化學活性表面積。

通過在G/CNT載體上負載Fe-N-C原子和Fe₃O₄納米顆粒兩種活性位點，該雜化催化劑表現出優異的雙官能團活性，氧還原反應（ORR）和析氧反應（OER）之間的電位差為0.640 V，超過了基于貴金屬的催化劑（0.747 V）和大多數報道的催化劑。由于G/CNT支架提供的高石墨化和表面官能化之間的適當平衡，該催化劑具有優異的耐腐蝕性，并且在具有液態和固態電解質的可充電鋅空氣電池（ZABs）中都具有出色的循環性能。特別是，在電流密度為10 mA cm^-2下，液態ZABs在1000 h內實現了0.742 V的窄電壓間隙。共價鍵G/CNT具有導電性高、表面積大、可改性、穩定性好等特點，是設計高性能電催化劑的重要支撐材料。

Covalently bonded graphene/carbon nanotubes as high-performance carbon support for efficient bifunctional oxygen electrocatalysts. Nano Energy, 2024

?Energy Storage Mater.：原子分散Fe-N-C催化劑的毫秒活性調節

包含原子MeN_x中心的無貴金屬過渡金屬-N-C催化劑是可充電鋅-空氣電池（ZABs）氧還原反應（ORR）的理想催化劑。基于此，山西大學朱勝博士、北京大學李彥教授等人報道了利用閃蒸焦耳加熱技術在200毫秒內完成Me-N-C（Me=Fe、Co、Ni和Cu）催化劑的高效合成和活性調制。在瞬時高溫（~3535 K）和快速加熱和冷卻速度（大于104 K s^-1）誘導下碳納米管基體表面形成原子分散的MeN_x位點。這種超快的熱沖擊過程不僅阻止了孤立金屬原子的聚集，而且通過雜原子工程實現了催化活性的調節。

密度泛函理論（DFT）計算發現，磷（P）原子在抑制氮的損失和調節FeN_x中心的局部配位環境中起著至關重要的作用，導致速率決定步驟的能量勢壘降低，從而促進氧的4e^–電催化還原。在0.1 M KOH介質中，磷摻雜Fe-N-C催化劑表現出優異的ORR活性，具有0.904 V的高半波電位和23.1 mV dec^-1的低Tafel斜率。組裝的ZABs具有236.3 mW cm^-2的功率密度和超過400 h的長時間耐用性，超過了Pt/C+IrO₂基電池。

Millisecond activity modulation of atomically-dispersed Fe-N-C catalysts. Energy Storage Mater., 2024,

Adv. Funct. Mater.：CNCs的快速可擴展閃存制造，用于穩定的鉀儲存

石墨碳納米籠（CNCs）作為鉀儲存的可行候選物已經引起了科研人員的廣泛關注，主要是因為它們具有顯著的結晶度、大表面積和豐富的孔隙度。然而，開發一種快速、可擴展且經濟可行的CNCs合成方法仍然是一項艱巨的挑戰。基于此，蘇州大學倪江鋒教授、山西大學趙云副教授和朱勝博士、北京大學李彥教授等人報道了一種快速（毫秒級）和可擴展（克級）的方法，利用閃現焦耳加熱技術制備具有高純度和有序石墨結構的介孔CNCs，用于鉀儲存。

測試發現，所開發的CNCs電極表現出卓越的性能指標，包括初始容量、倍率性能和循環穩定性，超過了先前記錄的許多碳質材料。更重要的是，在0.1 A g^-1時提供312.3 mAh g^-1的高初始容量，在2.0 A g^-1的高倍率下保持175.1 mAh g^-1，在1.0 A g^-1下1000次循環后保持219.6 mAh g^-1。通過分子動力學模擬和原位表征，闡明了這種優異性能的機理。本工作強調了閃光焦耳加熱技術在合成用于鉀儲存的碳質材料方面的顯著優勢。

Rapid and Up-Scalable Flash Fabrication of Graphitic Carbon Nanocages for Robust Potassium Storage. Adv. Funct. Mater., 2024

Nat. Commun.：相釘助力2D鹵化鉛鈣鈦礦橫向同質結構

二維（2D）有機-無機雜化鹵化物鈣鈦礦具有多種結構多晶和多種物理性質，可以通過間隔陽離子的有序-無序過渡來控制，使得它們對構建半導體同質結具有吸引力。基于此，北京大學傅永平助理教授和李彥教授、上海高壓科學研究中心呂旭杰等人報道了一種空間陽離子摻雜誘導的相穩定方法，以在2D鈣鈦礦中創建由有序相和無序相組成的橫向同質結構。

具體而言，作者發現在(PA)₂PbI₄（PA=n-C₅H₁₁NH₃⁺）中摻雜少量丁銨離子（BA=n-C₄H₉NH₃⁺）或反之，可抑制間隔陽離子的有序轉變，導致無序間隔陽離子的晶型在降低溫度或增加壓力時相穩定。與有序相相比，摻雜穩定的無序相在溫度或壓力調節下在結構和光學性質上表現出明顯的響應。在這些發現的基礎上，作者通過在(PA)₂PbI₄或(BA)₂PbI₄的晶體生長過程中引入間隔陽離子摻雜劑，實現橫向外延生長，開發了由無序相和有序相組成的2D LHPs的同質結構。作者展示了在壓力和溫度刺激下同質結光學特性的有效調諧，以及由內置I-型帶對準驅動的定向激子在界面上的擴散。

Two-dimensional lead halide perovskite lateral homojunctions enabled by phase pinning. Nat. Commun., 2024,

Fundamental Research：SWCNTs助力構建人體運動傳感器

單壁碳納米管（SWCNTs）在可穿戴和柔性器件中具有優異的電子和機械性能。其中，SWCNTs薄膜的制備是制造各種器件的第一步。基于此，北京大學李彥教授等人報道了基于表面張力梯度誘導的馬蘭戈尼液流（Marangoni flow），開發了一種可擴展且可行的水表面組裝SWCNTs薄膜的方法。

該薄膜具有40 cm×30 cm（可擴展）的大面積，15~150 nm的可調厚度，高達96%的高透明度和良好的導電性。它們可以直接轉移到各種基材上，包括柔性基材。在柔性襯底上制備了柔性應變傳感器，這些傳感器具有高靈敏度和可重復性。通過實現多功能人體運動傳感，包括響應聲音、監測動脈脈沖、檢測關節和肌肉動作，組裝的SWCNTs薄膜展示了在智能設備中的應用潛力。此外，這個簡單的過程可以擴展到各種納米材料的高級應用的組裝。

Marangoni-flow-assisted assembly of single-walled carbon nanotube films for human motion sensing. Fundamental Research, 2024

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