化学与材料工程学院多篇学术成果在国际顶级期刊上发表
近一年来，渤海大学化学与材料工程学院师生在化学、材料等学科领域再次取得重大科研进展， 多篇科研成果发表于Angewandte Chemie International Edition等国际顶级期刊，在相关研究领域受到了广泛关注。
1. 侯淑华团队首次采用一步法制备了荷负电（-SO3-）的共价有机框架（COF）自支撑膜，并应用于渗透能的高效转化。所制备的COF膜具有良好的柔韧性、机械强度及稳定性；同时其结构规整、表面光滑无缺陷、可规模化生产，为COF膜的应用提供了基础和保证。COF膜因其高离子通量及优异的离子选择性等特点，在渗透能捕获中显示出巨大的优势。首先，与二维及三维膜相比，COF膜沿着膜厚度方向具有规整的一维纳米通道，减少了离子的传输路径，极大的降低了纳米限域通道内离子的传输阻力，从而提高离子传输通量；其次，荷负电的一维纳米通道孔径大小仅仅为1 nm，使得COF膜具有超高离子选择性。这些优势极大提高了渗透能转化效率，实现了高达5.9 W m-2的输出功率。相关成果以题为“Free-Standing Covalent Organic Framework Membrane for High-Efficiency Salinity Gradient Energy Conversion”发表于化学领域国际顶级期刊Angewandte Chemie International Edition上（影响因子15.336）。 DOI: 10.1002/anie.202100205
2. 王秀丽团队设计合成了一种衍生自多酸基功能配合物的复合材料。通过电化学处理的方式在多酸基配合物表面修饰上钼青铜，使最终材料的电容性能得到了进一步的提升。具有不同配位结构的多酸基配合物在经过相同的电化学处理步骤后得到的结果不同，二维层状结构与分子结构中游离的有机配体对电化学处理过程中钼青铜的产生有推动作用，同时电化学处理的电位范围对电化学处理的材料结构也具有明显的影响，所得的复合材料在电流为1 A g-1的条件下质量比电容可达到807.2 F g−1。相关成果以题为“Pseudocapacitance improvement of polymolybdates-based metal-organic complexes via modification with hydrogen molybdenum bronze by electrochemical treatment” 发表于化工领域顶级国际期刊Chemical Engineering Journal上(影响因子13.273)。DOI:10.1016/j.cej.2021.132380
3. 王闯团队以实现单一基质多功能光学应用为目的，通过构建具有ns2电子构型离子之间能量传递过程，设计了一种Te4+/Bi3+（ns2电子构型）共掺杂的双钙钛矿结构（Cs2ZrCl6）荧光材料。利用激发/发射光谱和瞬态荧光光谱证明了Bi3+到Te4+自陷激子三重态的高效共振能量传递过程。基于此种高效的能量传递过程，在紫外光激发下可获得覆盖整个可见光区域的高品质白光(CIE = (0.330,0.347)，CCT = 5608 K )。同时此材料在非接触式光传感器、加密信息传输和白光发光二极管中具有潜在应用。相关成果以题为“Te4+/Bi3+ Co-Doped Double Perovskites with Tunable Dual-Emission for Contactless Light Sensor, Encrypted Information Transmission and White Light Emitting Diodes” 发表于化工领域顶级国际期刊Chemical Engineering Journal上（影响因子13.273）。DOI:10.1016/j.cej.2021.134135
4. 王桂强团队将醋酸纤维素(CA)加入无机CsPbIBr2钙钛矿前驱体溶液中，利用CA中C=O基团与前驱体溶液中Pb2+间的相互作用及CA加入引起的前驱体溶液粘度增加调控CsPbIBr2钙钛矿的结晶过程，制备了致密、结晶度高、晶粒尺寸大、晶界和缺陷少的高质量CsPbIBr2钙钛矿膜，使碳基CsPbIBr2钙钛矿太阳能电池的效率提高了40%。这为提高无机钙钛矿太阳能电池光电性能提供了一条简单、有效的思路。该研究成果以题为“Remarkable quality improvement of CsPbIBr2 perovskite film by cellulose acetate addition for efficient and stable carbon-based inorganic perovskite solar cells”发表于化工领域顶级国际期刊Chemical Engineering Journal上（影响因子13.273）。DOI:10.1016/j.cej.2021.130324
5. 侯淑华团队从仿生角度出发，设计制备了一种荷电具有介孔纳米孔的非对称结构膜，介孔有效降低了膜电阻，仿生非对称结构使离子单向运输，使膜具有良好的选择性，为解决膜内阻及离子选择性矛盾提供了新思路。盐差发电性能测试表明500倍盐差条件下，发电功率密度可达12.5 Wm-2。相关成果以题为“Charged porous asymmetric membrane for enhancing salinity gradient energy conversion”发表于能源类国际顶刊Nano Energy上（影响因子17.881）。DOI: 10.1016/j.nanoen.2020.105509
6. 何铁石团队以渤海大学为第一单位，在英国皇家化学学会旗下材料及能源化学领域国际顶级期刊Journal of Materials Chemistry A (影响因子12.732)发表了题为Electrospun metal–organic frameworks based nanofibers for energy storage and environment applications: on-going approaches and challenges 的综述文章。该成果被遴选为当期封底(Back cover)文章。
MOFs材料是由无机金属离子(或团簇)与有机配体通过配位键自组装而成的独特的多孔晶体材料，在近20年中得到了迅速发展。与传统无机材料相比，MOFs不仅拥有较大的比表面积、较高的孔隙率，而且种类组成多样、结构可设计性高、功能灵活可调，使其在众多领域具有极大的应用潜力。但材料本身存在的特性和缺陷，使得单一MOFs应用领域和范围受到限制。然而，利用静电纺丝技术(1D)，在纳/微米尺度上将MOFs粒子(0D/2D)与其它材料复合，制备具有柔性自支撑结构的MOFs基纤维膜(3D)，使在其宏观尺度上充分发挥其微观尺度下的优异性能，而且还能够表现出许多单一MOFs材料所没有的新特性，成为一类具有广阔应用前景的功能性材料。本文从制备方法角度出发，详细介绍了现阶段制备MOFs及其衍生物的复合纳米纤维膜的主要方法和策略；并阐述了MOFs基纤维膜在能源、催化和环境方面的应用；最后指出目前存在的问题，展望了MOFs及其衍生物的复合材料的发展方向和趋势。DOI: 10.1039/D1TA08413E
7. 鄂涛团队通过致力于调控TiO2的形貌为纺锤体状用以提高TiO2基涂料的导电性能。文中通过水热法制备纺锤体状Ca2+-T/G，增加TiO2与G界面接触面积，同时提高载流子浓度，增强TiO2基涂层的电导率。通过实验表征分析及第一性原理计算证明纺锤体形貌可扩展接触面，提高界面电荷传输；Ca2+掺杂到TiO2晶格，可降低TiO2带隙，提高其电导率。电阻率测试表明2%Ca2+-T/G, , 复合材料的电阻率可达到0.004 Ω cm，远低于未掺杂球状T/G (0.046 Ω cm)。相关成果以题为“Enhancement of Interfacial Charge Transfer of TiO2/Graphene with Doped Ca2+ for Improving Electrical Conductivity”发表于材料领域知名期刊ACS Applied Materials & Interfaces上（影响因子9.229）。DOI：10.1021/acsami.1c07401
8. 杨姝宜团队发现调控氧化石墨烯和蒙脱土纳米片层堆叠的狭缝间距可实现高效选择性去除Cu(Ⅱ)。文中通过不同碱土金属离子与SA配位构型的差异，利用GO和MMT纳米片层堆叠效应，成功制备出狭缝型孔隙结构可控的气凝胶，并用于选择吸附平面结构的水合铜离子。通过系列表征分析证明，Sr-G/M含有更致密的狭缝孔隙可以实现对Cu(Ⅱ)的更高效、更稳定的选择性吸附。系统吸附试验表明，Sr-G/M的最大去除率达到97.1%；选择性试验也进一步表明，Sr-G/M对Cu(Ⅱ)具有优先吸附，分配系数为41.85 L·g-1。此外，Sr-G/M也具有优异的再生性能。相关成果以题为“High efficiency and selective removal of Cu(Ⅱ) via regulating the pore size of graphene oxide/montmorillonite composite aerogel”发表于环境领域国际知名期刊Journal of Hazardous Materials（影响因子10.588）上。DOI：10.1016/j.jhazmat.2021.127680
9. 王秀丽团队在水热条件下设计合成了一系列多酸基金属有机配合物晶态材料，在酸性和碱性环境下均具有高稳定性，同时显示出高效的电催化产氢性能。二维层状结构有益于电催化过程中电荷的传递速率，在碱性环境下，标题配合物在催化电流为10 mA cm-2下过电位可低至59.4 mV。相关成果以题为“ A series of polyoxometalate-based metal−bis(pyridyl-tetrazole) cmplexes with high electrocatalytic activity for hydrogen evolution reaction in alkaline and acid media” 发表于国际知名期刊ACS Sustainable Chemistry & Engineering上（影响因子8.198）。DOI: 10.1021/acssuschemeng.0c05459
10. 常春团队采用溶剂热法制备了Bi/t-Bi2WO6复合材料，经煅烧使铋诱导t-Bi2WO6部分相转变为o-Bi2WO6。在模拟太阳光照射下，光催化性能的增强。同质结增强了电荷分离并减少了光生载流子的复合，从而大大提高了光催化活性。通过DFT计算，证明铋诱导t-Bi2WO6到o-Bi2WO6的相转变过程可行。与普通的t-Bi2WO6 催化剂相比，t/o-Bi2WO6同质结催化剂的反应速率常数提高了6.22倍。结合活性物种捕获剂实验与电子自旋共振谱，研究结果表明单线态氧（1O2）、空穴（h+）、电子（e-）以及超氧自由基（·O2-）是污染物降解的主要活性物质。此外，t/o- Bi2WO6 同质结催化剂在五次循环中表现出优异的稳定性。相关成果以题为“Tetragonal/orthorhombic-bismuth tungstate homojunction formed through in situ bismuth induced phase transformation as highly efficient photocatalyst for pollutant degradation”发表在国际知名期刊Journal of Colloid and Interface Science上（影响因子8.128）。DOI: 10.1016/j.jcis.2021.08.167
11. 田爱香团队利用两种紫精配体在水热条件下获得了三种基于紫精的多酸基化合物，这三种化合物具有广阔的应用前景。这三种化合物表现出良好的光致变色能力和荧光猝灭作用，可以作为良好的紫外检测器来检测紫外光。它们还可用于无墨可擦印刷。该工作表明含有紫精的POM基化合物在光化学领域具有巨大的应用潜力，可以拓展POMs的应用领域。此外，化合物 1-3 还可以检测有机胺，尤其是在 NH3气氛中变色更为明显。这项工作为其他使用紫精配体来构建具有良好光致变色性能和胺检测性能的 POM-紫精材料的工作提供了新思路。相关成果以题为“A Series of Polyoxometalate-viologen Photochromic Materials for UV Probing, Amine Detecting and Inkless and Erasable Printing”发表于Wiley出版公司Chemistry-A European Journal杂志上（影响因子5.236），作为hot paper, 并被WileyChem公众号推送。DOI: 10.1002/chem..202103268.
12. 蔡克迪、郎笑石团队精准调控设计了一种高缺陷、高活性界面的V2O5-x/TiO2硫宿主材料，高度的缺陷结构为锂硫电池的氧化还原反应提供丰富的活性位点及高的吸附能力，并通过高活性界面实现快速的吸附-转化，密度泛函理论进一步证明材料对多硫化锂的吸附活性。得益于这些独特的结构，V2O5-x/TiO2/S电极制备的锂硫电池表现出低电化学电荷转移电阻（31.89 Ω）和高锂离子转移效率（3.50 ×10-12），此外，还表现出优异的倍率性能和稳定的循环性能。相关成果以题为“Reasonable design of a V2O5-x/TiO2 active interface structure with high polysulfide adsorption energy for advanced lithium-sulfur batteries”发表于国际知名期刊Electrochimica Acta上（影响因子6.901）。DOI: 10.1016/j.electacta.2021.139723
道阻且长，行则将至。近一年，我院发表高水平论文不仅实现了“量”的大幅提升，而且获得了“质”的重大突破，这是对近年来我院脚踏实地、求真务实，积极开展原创性研究工作的馈赠。