内蒙古大学高瑞、张君和南开大学杜亚平—由二硫化钼单钴原子形成的杂化异质结锚定在多活性位点的氮硫共掺杂的碳纳米管高效析氢
设计了一种由Co单原子锚定/氮、硫共掺杂碳纳米管(CoSAs-NS-CNTs)组成的多组分3D单片电极。同时在在碳布(CC)表面装饰超薄的MoS2纳米片和超小内限CoS2纳米点(MoS2/CoSAs-NS-CNTs@CoS2/CC)形成双界面杂化异质结电极作为矢量电子传递途径，促进电催化性能。均匀分布的MoS2纳米片和与Co单原子连接的CoS2纳米点的整合，锚定/N, S共掺杂CNTs，赋予了丰富的多个活性位点和优异的导电性。降移的d带中心具有良好的热力学吸附自由能(ΔGH*)，可有效催化析氢反应(HER)。结果表明，最佳MoS2/ CoSAs-NS-CNTs@CoS2/CC电极在10 mA cm-2下的过电位分别为72 mV和56 mV，在酸性和碱性溶液中Tafel斜率分别为59.4 mV和43.2 mV 12 -1。表现优于大多数先前报道的钼/钴硫化基电催化剂。电极在5000 CV循环后活性略有下降，电解20 h后电流密度几乎没有衰减，表现出良好的耐久性和稳定性。
图1 (a)反应每一步后Co-LHSs/CC、CoSAs-N-CNTs@Co/CC、CoSAs-N-CNTs@Co3O4/CC、MoS2/CoSA-NS-CNTs@CoS2/CC的构建示意图; (b和c) Co-LHs/CC， (d和e) CoSAs-N-CNTs@Co/CC， (f和g) CoSAs-N-CNTs@Co3O4/CC，和(h和i) MoS2/ CoSA- NS-CNTs @ CoS2/CC的SEM图像。
图2 (a-b) TEM， (c) HERTEM， (d) MoS2/CoSAs-NS-CNTs@CoS2的HAADF-STEM图像，(e-i)对应的元素映射;(j)像差校正的HAADF-STEM图像，显示了MoS2/CoSAs-NS-CNTs@CoS2的CoSAs-NS-CNTs中Co单原子的形成;(k) MoS2/CoSAs-NSCNTs@ CoS2的EDX结果;(l) (i) MoS2/CoSAs-NS-CNTs@CoS2/CC、(ii) CoSAs-NS-CNTs@CoS2/CC、(iii) CoSAs-N-CNTs@Co3O4/CC、(iv) CoSAs-N-CNTs@Co/CC的XRD谱图和(m)拉曼光谱。
图3 (i) MoS2/CoSAs-NS-CNTs@CoS2/CC， (ii) MoS2/CoSAs-NS-CNTs/CC和(iii) MoS2/CC的(a) Mo 3d和(b) S 2p的高分辨率XPS光谱;(i) MoS2/CoSAs-NS-CNTs@CoS2/CC， (iv) CoSAs-NS-CNTs@CoS2/CC和(v) CoS2/CC的(c) Co 2p和(d) S 2p的高分辨率XPS光谱;(i) MoS2/CoSAs-NS-CNTs@CoS2/CC， (ii) MoS2/CoSAs-NS-CNTs/CC (iv) CoSAs-NS-CNTs@CoS2/CC，和(vi) CoSAs-NS-CNTs@Co/CC的(e) N 1s的高分辨率XPS光谱;对于(i) MoS2/CoSAs-NS-CNTs@CoS2/CC， (ii) MoS2/CoSAs-NS-CNTs/CC和(iv) CoSAs-NS-CNTs@CoS2/CC， (f) C 1s的高分辨率XPS光谱。
图4. LSV曲线(i)MoS2/ CoSAs-NS-CNTs@CoS2/ CC, (ii) MoS2/ CoSAs-NS-CNTs / CC, (iii) MoS2/ CC (iv) CoSAs-NS-CNTs@CoS2 / CC (v) CoS2 / CC (vi) CoSAs-NCNTs@Co/ CC(七)CoSAs-N-CNTs / CC, Pt / C(八)20%,并在(a) (ix)裸露的CC H2SO4和(d) 0.5米和1.0米KOH电解质;(b和e) (a和d)中测试电极对应的Tafel图;在(c) 0.5 M H2SO4和(f) 1.0 M KOH电解质中，MoS2/CoSAs-NS-CNTs@CoS2/CC电极5000 CV循环前后的HER极化曲线。(c和f)中的插图分别为MoS2/CoSAs-NS-CNTs@CoS2/CC电极在0.5 M H2SO4和1.0 M KOH电解质中，75 mV和60 mV静态过电位作用20 h时的电流密度随时间变化的曲线。计算(实线)和测量(红点)不同反应时间下MoS2/CoSAs-NS-CNTs@CoS2/CC电极在0.5 M H2SO4中过电位72 mV (g)和1.0 M KOH中过电位56 mV (h)的氢量。
图5 (a)不同表面模型MoS2、MoS2/Co1-NSC、CoS2、Co1-NSC@CoS2和MoS2/Co1-NSC@CoS2上H原子吸附的侧视图结构;(b)各种模型的自由能图和平衡势;(c)用彩色字体标注MoS2、MoS2/Co1-NSC、MoS2/Co1-NSC@CoS2中Mo原子d轨道的偏电子态密度(pDOS)， CoS2、Co1-NSC@CoS2、MoS2/Co1-NSC@CoS2中Co原子以及Mo和Co原子对应的d能带中心;(d) MoS2/Co1-NSC、Co1-NSC@CoS2和MoS2/Co1-NSC@CoS2模型中MoS2或碳层的电荷密度差，红色和蓝色区域代表电荷积累和消耗，等表面值为0.005 e Å -3
图6 在MoS2/CoSA-NS-CNTs@CoS2/CC中降低d带中心和电荷转移的示意图。
内蒙古大学Rui Gao，Jun Zhang和南开大学Yaping Du等人于2021年发表在Applied Catalysis B: Environmental（https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2021.120630）上。原文：Hybrid heterojunction of molybdenum disulfide/single cobalt atoms anchored nitrogen, sulfur-doped carbon nanotube /cobalt disulfide with multiple active sites for highly efficient hydrogen evolution。
高 瑞
特聘研究员，博士生导师
办公室：化学楼502
邮箱：gaorui@imu.edu.cn
教育背景
2003-2007：内蒙古大学大学化学化工学院读本科，获工学学士学位
2008-2014：中国科学院大学山西煤炭化学研究所硕博连读，获理学博士学位
工作经历
2014-2017：北京大学，博士后
2014-2017：中科合成油技术有限公，研究助理
2017-至今：内蒙古大学化学化工学院，研究员
研究领域
1. CO2和CH4催化转化利用的催化剂（M1@2D）开发及反应机理；
2. 甘油（Pt/WOx）和丁二烯（NiCu合金，MoxC）选择性加氢催化剂及反应机理；
3. 金属化合物材料的HER、OER和ORR反应性能；
4. 合成氨催化剂的理论与实验研究；
5. 费托合成催化剂Fe基催化剂体系的结构及费托反应机理。
教学
主讲化学化工学院大二《色谱分析》、大三《结构化学》、大三《材料结构与性能》、大四《催化材料导论》、研究生《计算机化学》
荣誉与奖励
1. 内蒙杰青（2021年）
2. 第九批“草原英才”工程人才（2019年）
3. 自治区新世纪“321人才工程”第二层次（2019年）
研究项目
1. 国家自然科学基金，面上项目，2022.01-2025.12，60万元，在研，主持
2. 国家自然科学基金，地区项目，2020.01-2023.12，40万元，在研，主持
3. 国家自然科学基金，青年项目，2019.01-2021.12，27.5万元，在研，主持
4. 内蒙古自治区自然科学基金，杰出青年培育基金项目，2021.01-2023.12，30万元，在研，主持
5. 内蒙古大学“骏马计划”人才项目B1岗，300万，在研，主持
6. 内蒙古引进高层次人才科研支持项目，25万，在研，主持
7. “草原英才”项目，10万，在研，主持
代表性成果
(1) Baocang Liu, Yan Cheng, Bo Cao, Minghao Hu, Peng Jing, Rui Gao*, Yaping Du*, Jun Zhang*, Jinghai Liu, Hybrid heterojunction of molybdenum disulfide/single cobalt atoms anchored nitrogen, sulfur-doped carbon nanotube/cobalt disulfide with multiple active sites for highly efficient hydrogen evolution. Appl. Catal. B: Environ. 2021, 298, 120630.
(2) Yan Cheng#, Juhui Gong#, Bo Cao, Xuan Xu, Peng Jing, Baocang Liu,* Rui Gao*, Jun Zhang*, ACS Catal. 2021, 11, 3958−3974.
(3) Lili Huo, Xi Han, Luyao Zhang, Liu Baocang*, Rui Gao*, Chun-Jiang Jia*, Jun Zhang*, Appl. Catal. B: Environ. 2021, 294, 120254.
(4) Lili Lin#, Qiaolin Yu#, Mi Peng#, Aowen Li, Siyu Yao, Shuheng Tian, Xi Liu, Ang Li, Zheng Jiang, Rui Gao*, Xiaodong Han, Yong-wang Li, Xiao-dong Wen, Wu Zhou*, and Ding Ma*, Atomically dispersed Ni/α-MoC catalyst for hydrogen production from methanol/water. J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 309-317.
(5) Yuanjun Chen#, Rui Gao#, Shufang Ji, Haijing Li, Kun Tang, Peng Jiang, Haibo Hu, Zedong Zhang, Haigang Hao, Qingyun Qu, Xiao Liang, Wenxing Chen, Juncai Dong, Dingsheng Wang*, and Yadong Li, Atomic-Level Modulation of Electronic Density at Cobalt Single-Atom Sites Derived from Metal–Organic Frameworks: Enhanced Oxygen Reduction Performance. Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 133, 3249-3258.
(6) Bo Liu, Zhe Yan, Tong Xu, Junzhong Wang, Chunping Li, Rui Gao*, Jie Bai*, Promoting electron transfer of surface oxygen vacancies in Pd/CeO2-RE via doping engineering for enhancing catalytic activity in Suzuki coupling reaction. J. Catal. 2021, 399, 15–23.
(7) Bo Cao, Minghao Hu, Yan Cheng, Peng Jing, Baocang Liu*, Bo Zhou, Xi Wang, Rui Gao*, Xiaolei Sun, Yaping Du*, Jun Zhang*, Tailoring the d-band center of N-doped carbon nanotube arrays with Co4N nanoparticles and single-atom Co for a superior hydrogen evolution reaction. NPG Asia Mater. 2021, 13, 1.
(8) Huan Li, Minghao Hu, Bo Cao, Peng Jing, Baocang Liu*, Rui Gao*, Jun Zhang*, Xiaomeng Shi, Yaping Du*, Multi-Elemental Electronic Coupling for Enhanced Hydrogen Generation. Small 2021, 2006617.
(9) Punian Yin#, Huizhu Cai#, Xiao Zhang, Bingbing Chen, Yang Liu, Rui Gao*, Chuan Shi, α-MoC1-xnanorods as an efficient hydrogen evolution reaction electrocatalyst. New J. Chem. 2021, 45, 10396-10401.
(10) Xiao Zhang#, Mengtao Zhang#, Yuchen Deng#, Mingquan Xu#, Luca Artiglia, Wen Wen, Rui Gao, Bingbing Chen, Siyu Yao, Xiaochen Zhang, Mi Peng, Jie Yan, Aowen Li, Zheng Jiang, Xingyu Gao, Sufeng Cao, Ce Yang, A. Jeremy Kropf, Jinan Shi, Jinglin Xie, Mingshu Bi, Jeroen A. van Bokhoven, Yong-Wang Li, Xiaodong Wen, Maria Flytzani-Stephanopoulos, Chuan Shi*, Wu Zhou*, Ding Ma*, A stable low-temperature H2-production catalyst by crowding Pt on α-MoC. Nature 2021, 589, 396-401.
(11) Huan Li#, Minghao Hu#, Luyao Zhang, Lili Huo, Peng Jing, Liu Baocang*, Rui Gao*, Jun Zhang* and Liu Bin*, Hybridization of Bimetallic Molybdenum-Tungsten Carbide with Nitrogen-Doped Carbon: A Rational Design of Super Active Porous Composite Nanowires with Tailored Electronic Structure for Boosting Hydrogen Evolution Catalysis. Adv. Funct. Mater. 2020, 200319.
(12) Mao Sun, Rui-Ting Gao, Xianhu Liu, Rui Gao*, Lei Wang*, Manganese-based oxygen evolution catalysts boosting stable solar-driven water splitting: MnSe as an intermetallic phase. J. Mater. Chem. A, 2020, 8, 25298–25305.
(13) Baocang Liu, Bo Cao, Yan Cheng, Peng Jing*, Jian Zhao, Rui Gao*, Anthony. O’Mullane, Huaiyong Zhu, Kaiqiang Liu, Xiaolei Sun, Yaping Du*, and Jun Zhang*, Ultrafine CoP/Co2P Nanorods Encapsulated in Janus/Twins Type Honeycomb 3D Porous Nitrogen Doped Carbon Nanosheets for Efficient Hydrogen Evolution. iScience 2020, 23, 101264.
(14) Xin Zhang, Rongbo Zhao, Na Zhang, Yiguo Su, Zhiliang Liu, Rui Gao*, Chun Fang Du*, Insight to unprecedented catalytic activity of double-nitrogen defective metal-free catalyst: Key role of coal gangue. Appl. Catal. B: Environ. 2020, 263, 118316.
(15) Lili Lin#, Siyu Yao#, Rui Gao#, Xuan Liang, Qiaolin Yu, Yuchen Deng, Jinjia Liu, Mi Peng, Zheng Jiang, Siwei Li, Yongwang Li, Xiaodong Wen*, Wu Zhou*, Ding Ma*, A highly CO-resistant Pt catalyst for chemoselective hydrogenation. Nature nano. 2019, 14, 354-361.
(16) Bo Cao, Yan Cheng, Minghao Hu, Peng Jing, Zhixue Ma, Baocang Liu*, Rui Gao*, Jun Zhang*, Effcient and Durable 3D Self-Supported Nitrogen-Doped Carbon-Coupled Nickel/Cobalt Phosphide Electrodes: Stoichiometric Ratio Regulated Phase- and MorphologyDependent Overall Water Splitting Performance.Adv. Funct. Mater. 2019, 1906316.
(17) Rui Gao#, xingchen Liu#, Zhi Cao#, xing-Wu Liu, Kuan Lu, Ding Ma, Yong Yang, Yong-Wang Li, Roald Hoffmann, Xiao-Dong Wen, Carbon Permeation: The Prerequisite Elementary Step in lron-Catalyzed Fischer-Tropsch Synthesis. Catalysis Letters 2019, 149, 645-664.
(18) Baocang Liu, Huan Li, Bo Cao, Jianing Jiang, Rui Gao* and Jun Zhang*, Few Layered N-doped Carbon Encapsulated Ultrafine MoP Nanocrystals/MoP Clusters Hybrids on Carbon Cloth: A Ultra-high Active and Durable 3D Self-supported Integrated Electrode for Hydrogen Evolution Reaction in a Wide pH Range. Adv. Funct. Mater. 2018, 1801527.
(19) Guangran Xu, Rui Si, Jiayin Liu, Luyao Zhang, Xia Gong, Rui Gao*, Baocang Liu* and Jun Zhang*, Directed Self-Assembly Pathways of Three-dimensional Pt/Pd Nanocrystal Superlattices Electrocatalysts for Enhanced Methanol Oxidation Reaction. J. Mater. Chem. A 2018, 6, 12759-12767.
(20) Yuchen Deng#, Rui Gao#, Lili Lin#, Tong Liu, Xiao-Dong Wen, Shuai Wang*, Ding Ma*, Solvent Tunes the Selectivity of Hydrogenation Reaction over α‑MoC Catalyst. J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 14481-14489.
(21) Wa Gao#, Rui Gao#, Yufei Zhao#, Mi Peng, Chuqiao Song, Mengzhu Li, Siwei Li, Jinjia Liu, Weizhen Li, Yuchen Deng, Mengtao Zhang, Jinglin Xie, Gang Hu, Zhaosheng Zhang, Run Long, Xiao-Dong Wen*, Ding Ma*, Photo-Driven Syngas Conversion to Lower Olefins over Oxygen-Decorated Fe5C2 Catalyst.Chem 2018, 4, 1-12.
(22) Guangbo Chen#, Rui Gao#, Yufei Zhao#, Zhenhua Li, Geoffrey I.N. Waterhouse, Run Shi, Jiaqing Zhao, Mengtao Zhang, Lu Shang, Guiyang Sheng, Xiangping Zhang, Xiaodong Wen, Li-Zhu Wu, Chen-Ho Tung, Tierui Zhang, Photothermal CO2 Hydrogenation to Hydrocarbons using CoFeAl–Layered Double Hydroxides Nanosheets-Derived Catalysts. Adv. Mater. 2018, 30, 1704663.
(23) Haigang Hao#, Pengfei Lian#, Juhui Gong, Rui Gao*, Theoretical Study on the Hydrogenation Mechanisms of Model Compounds of Heavy Oil in a Plasma-Driven Catalytic System. Catalysts 2018, 8, 381.
(24) Haigang Hao§, Tong Chang§, Linxia Cui, Ruiqing Sun, Rui Gao*, Theoretical Study on the Mechanism of Hydrogen Donation and Transfer for Hydrogen-Donor Solvents during Direct Coal Liquefaction.Catalysts 2018, 8, 648.
(25) Lili Lin#, Wu Zhou#, Rui Gao#, Siyu Yao, Xiao Zhang, Wenqian Xu, Shijian Zheng, Zheng Jiang, Yong Wang Li, Chuan Shi, Xiao-Dong Wen, Ding Ma, Base-free low temperature hydrogen production from methanol/water over Pt/α-MoC catalysts. Nature 2017, 544, 80-83.
(26) Siyu Yao§, Xiao Zhang§, Wu Zhou§, Rui Gao, Wenqian Xu, Yifan Ye, Lili Lin, Xiaodong Wen, Ping Liu, Ethan Crumlin, Jinghua Guo, Zhijun Zuo, Weizhen Li, Jinglin Xie, Christopher J. Kiely, Li Lu, Lin Gu, Chuan Shi, José A. Rodriguez, Ding Ma, Atomic-layered Au clusters on α-MoC for the low temperature water gas shift reaction. Science 2017, 357, 389-393.
张 君
教授，博士生导师
办公室：化学楼102
电话：13664880826
邮箱：zhangjundoc@sina.com
教育背景
1992-1996：北京轻工业学院化工系读本科，获精细化工工学学士学位
2000-2005：中国科学院研究生院化学化工学院硕博连读，获分析化学理学博士学位
工作经历
1996-2000：中国日用化学工业研究院助理工程师，精细化工新产品配方的开发及工程中试
2005-2006：内蒙古大学化学化工学院讲师
2006-2012：内蒙古大学化学化工学院副教授
2012至今：内蒙古大学化学化工学院教授
学术兼职
2012至今：中国化学会有机分析化学专业委员会委员
荣誉与奖励
2017年，入选内蒙古自治区“新世纪321人才工程”一层次人选
研究领域
1. 纳米分析仪器和微观分析方法；
2. 细胞的靶向识别和生物信息传递；
3. 太阳能电池与稀土光电化学机理；
4. 乳制品质量安全控制分析。
教学
主讲化学化工学院 本科生《仪器分析》、《仪器分析实验》、《中级分析化学实验》
主讲化学化工学院 硕士研究生《高等分析化学》
主讲化学化工学院 博士研究生《现代分析测试技术专题——原子力显微镜表征技术》、《化学前沿专题——太阳能电池新进展》
研究项目
1．国家自然科学基金，维度控制下的稀土红外光电机理研究，2017/01-2020/12，主持。
2．国家自然科学基金，新型稀土增强染料敏化太阳能电池的光电转换机制和光谱电化学机理的研究，2012/01-2015/12，主持。
3．国家自然科学基金，稀土小分子对胶质瘤细胞DNA和关键蛋白作用的分子机理研究，2010/01-2012/12，主持。
4．内蒙古蒙牛乳业(集团)股份有限公司项目，乳品工厂清洗研究，2018/01-2019/ 12，主持。
5．内蒙古自然科学基金，稀土红外光电机理研究，2015/01-2017/12，主持。
6．内蒙古自然科学基金，稀土配合物与肿瘤细胞DNA及关键蛋白相互作用的分子机理，2011/01-2013/12，主持。
7．教育部“春晖计划”项目，柔性太阳能电池及微型射频卡电极用导电浆料的应用研究， 2008/01-2010/12，主持。
8．内蒙古自然科学基金，染料敏化柔性太阳能电池的开发研究，2006/01-2008/12，主持。
代表性成果
发表SCI期刊学术论文8篇；获国家授权发明专利5项；2017年在国内外高水平学术会议上做邀请报告2次。
论文：
1. Jun Zhang*, Haiou Shen, Wei Guo, Shunhao Wang, Chuntao Zhu, Fang Xue, Jinfeng Hou, Haiquan Su, Zhuobin Yuan. An upconversion NaYF4:Yb3+,Er3+/TiO2core–shell nanoparticle photoelectrode for improved efficiencies of dye-sensitized solar cells. Journal of Power Sources. 2013, 226, 47–53. (2015-2017年入选Top 1%“ESI”高被引论文, SCI,影响因子：6.395, 被引次数：43)
2. Jun Zhang*, Xiaoxue Li, Wei Guo, Tubshin Hreid, Jinfeng Hou ,Haiquan Su, Zhuobin Yuan. Electropolymerization of a poly(3,4-ethylenedioxythiophene) and functionalized, multi-walled, carbon nanotubes counter electrode for dye-sensitized solar cells and characterization of its performance. Electrochimica Acta. 2011, 56(9) , 3147-3152. (SCI, 影响因子：4.086, 被引次数：47）
3. Jun Zhang*, Tubshin Hreid, Xiaoxue Li, Wei Guo, Linping Wang, Xiaoting Shi, Haiquan Su, Zhuobin Yuan. Nanostructured polyaniline counter electrode for dye-sensitised solar cells: Fabrication and investigation of its electrochemical form
杜亚平
南开大学教授，博士生导师，国家自然科学基金优秀青年基金获得者，南开大学百名青年学科带头人（百青A），天津市杰青，天津市领军人才，天津市稀土材料与应用重点实验室主任，西安交通大学青年拔尖人才（青拔A），天津市“131”创新型人才，唐仲英青年学者，南开大学稀土与无机功能材料研究中心常务副主任（执行主任）。
2000.09至2004.07兰州大学 物理科学与技术学院 材料化学专业本科（毕业保送至北京大学直博）。
2004.09至2009.07北京大学 化学与分子工程学院，稀土材料化学与应用国家重点实验室 无机化学专业博士（师从严纯华院士，张亚文教授）。
2009至2012先后在中科院苏州纳米技术与纳米仿生研究所、新加坡南洋理工大学任助理研究员和Research Fellow。
2013年加入西安交通大学前沿科学技术研究院，教授，博士生导师，实验室副主任。
2017年加入南开大学材料科学与工程学院，国家新材料研究院，教授，博士生导师，担任南开大学稀土与无机功能材料研究中心常务副主任（执行主任）。
2018年12月，被任命为天津市稀土材料与应用重点实验室主任，党支部书记。
在Sci. Adv., Nat. Comm., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed.等著名杂志发表论文80余篇 。申请发明国际专利2项 。
发表学术论文（部分）
Sci. Adv., Nat. Comm., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed.等著名杂志发表论文80余篇。
Sci. Adv.2016, 2, e1501425. (Hot Paper)
Angew. Chem. Int. Ed.2017, 56, 15334.
Nano Energy.2018, 50, 176. (Cover Paper)
Chem. Sci.2018, 9, 3421. (Cover Paper)
Sci. China Mater.2017, 60, 167.
Appl. Catal. B: Environ. 2017, 200, 402.
Chem. Mater.2016, 28, 8, 2507. (Hot Paper)
Sci. Bull.2016, 61, 1422. (Invited Review)
Chem. Eur. J.2015, 21, 11954. (Cover Paper)
Applied Materials Today.2015, 1, 20. (VIP)
Small.2014, 10, 4727. (Cover Paper)
Nat. Commu.2012, 3, 1177. (ESI高引)
J. Am. Chem. Soc.2010, 132, 1470. (ESI高引)
J. Am. Chem. Soc.2009, 131, 16364. (ESI高引)
J. Am. Chem. Soc.2009, 131, 3162. (ESI高引)