她，新任ACS Nano执行主编，北大「国家杰青/长江特聘」！毅然回国，致力于碳纳米管的研究与应用！
2025-02-10 13:42:32
作者：诠释干货 来源：诠释干货
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李彦，北京大学博雅特聘教授、博士生导师。1983.9－1987.7，山东大学化学系读本科，获理学学士学位；1987.9－1990.7，山东大学化学系读研究生，获理学硕士学位；1990.9－1993.6，北京大学化学系读博士生，获理学博士学位；1993.7－1995.6，北京大学化学与分子工程学院博士后；1995.8－2002.7，北京大学化学与分子工程学院副教授；1999.11－2001.5，美国杜克大学化学系访问副教授；2002.8－至今，北京大学化学与分子工程学院教授；2013－至今，北京大学博雅特聘教授。2018年，中国化学会-赢创化学创新奖杰出科学家奖；2017年，教育部科技成果奖自然科学一等奖（第一获奖人）；2013年，教育部长江学者特聘教授；2011年，获得国家杰出青年基金；2004年，入选首批教育部新世纪人才资助计划。2016—2024年，美国化学会ACS Nano副主编；2025年起，美国化学会ACS Nano执行主编。课题组主要从事碳纳米管（CNTs）的制备、修饰、表征和应用的研究。发展CNTs的可控制备方法，通过化学修饰和复合对CNTs进行进一步的性能调控，同时发展相应的表征技术以满足可控制备和修饰研究的需求，并探索基于CNTs的材料在纳电子、能源及生物医学等方面的应用。课题组网页：http://nmns.pku.edu.cn/nmnsnew/index.html.Adv. Funct. Mater.：单晶MoS2纳米管的制备及1D范德华异质结构单晶二硫化钼（MoS2）纳米管具有优异的电子和光电子性能，但是之前合成的MoS2纳米管受到结晶度差和将具有三原子层的薄片卷成管状结构所需的高应变能的阻碍。基于此，北京大学李彦教授和盛建博士、清华大学徐志平教授等人报道了包裹在碳纳米管内的结晶良好的MoS2纳米管的受限模板生长，形成一维（1D）范德华异质结构。具体而言，作者采用CNTs内腔作为纳米级反应容器，碳化铁（Fe5C2）纳米颗粒作为催化剂，通过一步化学气相沉积（CVD）工艺成功地实现了包裹在CNTs内的MoS2纳米管的1D异质结构的可控生长。其中，CNTs作为纳米反应器和结构受限模板，保证了MoS2纳米管的生长，而水蒸气被用来操纵合成的MoS2的结构和形态。通过温和的等离子蚀刻去除外层的碳纳米管，得到自支撑的MoS2纳米管。该方法显示了高质量MoS2纳米管生长的催化效应和空间限制耦合的力量，可能成为制备各种过渡金属二硫族化合物和其他材料的通用1D纳米结构的通用策略。Preparation of Single-Crystal MoS2 Nanotubes and 1D Van der Waals Heterostructures. Adv. Funct. Mater., 2024, https://doi.org/10.1002/adfm.202408703.Nano Energy：共价键G/CNT作为高效双功能氧电催化剂的高性能碳载体电化学能量转换技术中氧电催化剂的活性和稳定性在很大程度上依赖于碳载体的结构，而碳载体面临着同时提高比表面积、电导率和石墨化程度的挑战。基于此，北京大学李彦教授等人报道了一类新型的共价键石墨烯/碳纳米管（G/CNT）杂化物作为电催化剂的碳载体。碳纳米管和石墨烯之间的共价键，促进了电子的快速传递，石墨烯增加了可用的电化学活性表面积。通过在G/CNT载体上负载Fe-N-C原子和Fe3O4纳米颗粒两种活性位点，该杂化催化剂表现出优异的双官能团活性，氧还原反应（ORR）和析氧反应（OER）之间的电位差为0.640 V，超过了基于贵金属的催化剂（0.747 V）和大多数报道的催化剂。由于G/CNT支架提供的高石墨化和表面官能化之间的适当平衡，该催化剂具有优异的耐腐蚀性，并且在具有液态和固态电解质的可充电锌空气电池（ZABs）中都具有出色的循环性能。特别是，在电流密度为10 mA cm-2下，液态ZABs在1000 h内实现了0.742 V的窄电压间隙。共价键G/CNT具有导电性高、表面积大、可改性、稳定性好等特点，是设计高性能电催化剂的重要支撑材料。Covalently bonded graphene/carbon nanotubes as high-performance carbon support for efficient bifunctional oxygen electrocatalysts. Nano Energy, 2024, https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2024.110281. Energy Storage Mater.：原子分散Fe-N-C催化剂的毫秒活性调节包含原子MeNx中心的无贵金属过渡金属-N-C催化剂是可充电锌-空气电池（ZABs）氧还原反应（ORR）的理想催化剂。基于此，山西大学朱胜博士、北京大学李彦教授等人报道了利用闪蒸焦耳加热技术在200毫秒内完成Me-N-C（Me=Fe、Co、Ni和Cu）催化剂的高效合成和活性调制。在瞬时高温（~3535 K）和快速加热和冷却速度（大于104 K s-1）诱导下碳纳米管基体表面形成原子分散的MeNx位点。这种超快的热冲击过程不仅阻止了孤立金属原子的聚集，而且通过杂原子工程实现了催化活性的调节。密度泛函理论（DFT）计算发现，磷（P）原子在抑制氮的损失和调节FeNx中心的局部配位环境中起着至关重要的作用，导致速率决定步骤的能量势垒降低，从而促进氧的4e-电催化还原。在0.1 M KOH介质中，磷掺杂Fe-N-C催化剂表现出优异的ORR活性，具有0.904 V的高半波电位和23.1 mV dec-1的低Tafel斜率。组装的ZABs具有236.3 mW cm-2的功率密度和超过400 h的长时间耐用性，超过了Pt/C+IrO2基电池。Millisecond activity modulation of atomically-dispersed Fe-N-C catalysts. Energy Storage Mater., 2024, https://doi.org/10.1016/j.ensm.2024.103421.Adv. Funct. Mater.：CNCs的快速可扩展闪存制造，用于稳定的钾储存石墨碳纳米笼（CNCs）作为钾储存的可行候选物已经引起了科研人员的广泛关注，主要是因为它们具有显著的结晶度、大表面积和丰富的孔隙度。然而，开发一种快速、可扩展且经济可行的CNCs合成方法仍然是一项艰巨的挑战。基于此，苏州大学倪江锋教授、山西大学赵云副教授和朱胜博士、北京大学李彦教授等人报道了一种快速（毫秒级）和可扩展（克级）的方法，利用闪现焦耳加热技术制备具有高纯度和有序石墨结构的介孔CNCs，用于钾储存。测试发现，所开发的CNCs电极表现出卓越的性能指标，包括初始容量、倍率性能和循环稳定性，超过了先前记录的许多碳质材料。更重要的是，在0.1 A g-1时提供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次循环后保持219.6 mAh g-1。通过分子动力学模拟和原位表征，阐明了这种优异性能的机理。本工作强调了闪光焦耳加热技术在合成用于钾储存的碳质材料方面的显著优势。Rapid and Up-Scalable Flash Fabrication of Graphitic Carbon Nanocages for Robust Potassium Storage. Adv. Funct. Mater., 2024, https://doi.org/10.1002/adfm.202401548.Nat. Commun.：相钉助力2D卤化铅钙钛矿横向同质结构二维（2D）有机-无机杂化卤化物钙钛矿具有多种结构多晶和多种物理性质，可以通过间隔阳离子的有序-无序过渡来控制，使得它们对构建半导体同质结具有吸引力。基于此，北京大学傅永平助理教授和李彦教授、上海高压科学研究中心吕旭杰等人报道了一种空间阳离子掺杂诱导的相稳定方法，以在2D钙钛矿中创建由有序相和无序相组成的横向同质结构。具体而言，作者发现在(PA)2PbI4（PA=n-C5H11NH3+）中掺杂少量丁铵离子（BA=n-C4H9NH3+）或反之，可抑制间隔阳离子的有序转变，导致无序间隔阳离子的晶型在降低温度或增加压力时相稳定。与有序相相比，掺杂稳定的无序相在温度或压力调节下在结构和光学性质上表现出明显的响应。在这些发现的基础上，作者通过在(PA)2PbI4或(BA)2PbI4的晶体生长过程中引入间隔阳离子掺杂剂，实现横向外延生长，开发了由无序相和有序相组成的2D LHPs的同质结构。作者展示了在压力和温度刺激下同质结光学特性的有效调谐，以及由内置I-型带对准驱动的定向激子在界面上的扩散。Two-dimensional lead halide perovskite lateral homojunctions enabled by phase pinning. Nat. Commun., 2024, https://doi.org/10.1038/s41467-024-47406-1.Fundamental Research：SWCNTs助力构建人体运动传感器单壁碳纳米管（SWCNTs）在可穿戴和柔性器件中具有优异的电子和机械性能。其中，SWCNTs薄膜的制备是制造各种器件的第一步。基于此，北京大学李彦教授等人报道了基于表面张力梯度诱导的马兰戈尼液流（Marangoni flow），开发了一种可扩展且可行的水表面组装SWCNTs薄膜的方法。该薄膜具有40 cm×30 cm（可扩展）的大面积，15~150 nm的可调厚度，高达96%的高透明度和良好的导电性。它们可以直接转移到各种基材上，包括柔性基材。在柔性衬底上制备了柔性应变传感器，这些传感器具有高灵敏度和可重复性。通过实现多功能人体运动传感，包括响应声音、监测动脉脉冲、检测关节和肌肉动作，组装的SWCNTs薄膜展示了在智能设备中的应用潜力。此外，这个简单的过程可以扩展到各种纳米材料的高级应用的组装。Marangoni-flow-assisted assembly of single-walled carbon nanotube films for human motion sensing. Fundamental Research, 2024, https://doi.org/10.1016/j.fmre.2022.05.010.
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