“碳中和”已成为全球共识，我国长期低碳发展战略明确了“碳中和”时间表，为实现这一目标，提升对传统能源的利用效率、发展新能源技术是重要手段。新型碳材料团队主要从事重质油基碳材料的构筑及其在储能、催化、环保等领域应用研究，已承担国家及省部级项目50余项，发表SCI论文200余篇，出版著作3部，授权发明专利45项，获省部级科技奖励10项，成果在水处理、储能等领域实现了工业化应用，2015年入选校优秀创新团队，2020年获评十佳研究生导师团队。新型碳材料团队围绕国家能源战略布局，针对传统能源提效、新能源基础开发中的关键科学与技术，近期取得了系列积极进展。
1. Angew. Chem. Int. Ed. Engl：H2O2高效催化甲烷选择性氧化制备甲酸
甲烷直接选择氧化为更易于运输的液体产物甲酸能极大拓展天然气等高品质能源的应用领域，但甲烷碳氢键的对称四面体结构特别稳定，温和条件下难以活化转化，吴文婷教授、吴明铂教授开发了新型的FeNx/C碳基光催化剂。
图1. FeNx/C碳基光催化剂的性能调控及产物分布
本文要点：以典型的FeNx/C碳基材料为研究模型，揭示了不同铁活性物种的电子态对H2O2均裂产•OH的影响和机制。通过精确控制FeNx/C碳基光催化剂内部FeNx的自旋态和Fe/Fe3C的含量，常温常压下甲烷转化率高达18%，液体产物选择性达到96%，其中主要产物甲酸产率可达4659 μmol·gcat-1，选择性可达90%。目前为止，此结果是已有报道的常温常压下H2O2光催化体系中选择性氧化甲烷制备甲酸的最高活性。
2. Adv. Funct. Mater.：Co-V-O桥键提升电解水性能
氢气推动能源技术革命的重要能源载体，电解水制氢技术是氢循环的关键环节，但常见电催化剂缓慢的载流子传输过程使得电解水制氢的效率低，难以满足应用需求，李忠涛教授、吴明铂教授和南开大学胡振芃教授提出在廉价CoO电催化剂中引入Co-V-O桥键，提升电催化分解水性能。
图2. Co-V-O桥键提升电解水性能机理
本文要点：在廉价CoO电催化剂中引入Co-V-O桥键，通过自旋翻转跳跃过程减小电荷传输能垒，提升电催化分解水性能，如图2所示。这种含有Co-V-O桥键的催化剂可生长在不同导电基底上，具有极高的实用价值。
3. Adv. Funct. Mater.：杂多酸与MXene化学键合实现高载量下的赝电容储锂/钠
赝电容型负极材料的开发是储能材料重点关注的方向之一，杂多酸团簇具有接受和存储多个电子的能力，易于实现赝电容特性，如何在高载量下发挥杂多酸结构可调、氧化还原特性丰富的优势，同时提高其稳定性仍充满挑战。胡涵教授和吴明铂教授通过简易的原位合成策略，在MXene上锚定了Mo、Fe杂多酸。
图3. 杂多酸与MXene复合结构提升高载量下的赝电容储锂/钠性能
本文要点：在制备杂多酸的弱酸性条件下引入MXene诱导杂多酸前驱体离子的吸附、杂多酸成核以及可控生长；通过杂多酸与MXene之间的化学键合作用提升杂多酸的稳定性，利用MXene与杂多酸原位组装形成的复合结构协同电子传导与离子输运；基于杂多酸与MXene间协同作用实现了高载量下的赝电容储锂/钠，所构筑的锂离子电容器和钠离子电容器均表现出优异的性能。
4. ACS Nano：富本征缺陷多级孔碳骨架抑制多硫化锂的穿梭效应
锂硫电池具有较高的理论容量，有望成为新一代商业化二次电池，但锂硫电池放电过程中多硫化物造成的穿梭效应造成活性物质损失，影响电化学性能。胡涵教授和吴明铂教授提出利用简易的制备方法构筑富含本征缺陷的分级孔碳骨架来负载硫，利用缺陷位点的强极性来锚定和催化转化多硫化锂。
图4. 富本征缺陷促进对多硫化物的吸附和转化
本文要点：通过可控移除碳材料表面杂原子引入本征缺陷，调控碳材料表面电子结构，经优化后的富缺陷碳材料对多硫离子具有非常高的吸附和催化转化特性，如图4所示。当作为锂硫电池正极硫载体时，缺陷位点的强极性可以锚定和催化转化多硫化锂，表现出非常优异的电化学性能。
5. Matter：综述-激光辐照合成电极材料用于能量存储和转换
激光辐照技术可实现在低功耗下快速、精准以及高度可控的材料加工，在工业生产中应用广泛。由于在缺陷可控引入、异质结构精准构筑以及一体化电极原位制备等方面具有独特的优势，激光辐照技术近年来在用于电化学能量储存和转换的电极材料的制备合成方面表现出巨大的应用潜力。
图5. 激光辐射调控电极材料结构及性能策略
本文要点：（1）首先简单介绍了激光辐照技术的原理，分析了激光辐照参数对材料结构的影响规律，总结了利用激光辐照技术调控纳米碳、金属以及化合物纳米晶等电极材料的研究进展和应用特性，最后讨论了该领域所面临的挑战及未来的发展趋势。（2）激光辐照技术在电极材料的多尺度精准调控方面具有独特的优势，在过去的十年里取得了巨大的进展，但这一领域的研究仍处于起步阶段，仍面临一些挑战：1）通过激光辐照技术调控电极材料的机理仍不明确，限制了研究人员根据实际需要设计激光辅助加工过程的可能性；2）激光辐照过程对工艺参数高度敏感，对于不同实验室研究成果间的比较带来了困难。（3）随着对激光辐照技术的深入研究，有助于研究人员精确掌握不同材料/原料在激光辐照下的结构演化规律，根据器件的实际使用需求定制电化学能源存储/转化材料。
