研究方向1

调控纳微尺度分子组装的原理与装置的研究

揭示微纳尺度分子组装的化学本质是深入研究合成制备、功能材料、生命现象的重要科学课题方向。我们提出分子间电子云共享机制决定分子间作用强弱（化学键形成与否）观点，为此设计、研制一种调控纳微尺度分子组装过程的全新装置，并采用无溶剂分子组装、定向诱导组装及分子活性调控技术，系统观测代表性物质分子在纳微尺度进行组装的过程。我们利用静电诱导组装，制备了Ag/CuO的复合结构。证明了纳米粒子的行为受到了静电场的控制，从而进行纳微尺度自组装过程。本研究有望阐释出从单分子到纳微尺度这一组装过程的化学机制，从而为研究合成化学、材料基因组学、纳米科学提供先进的理论与科学工具。

电喷方法静电诱导制备Ag/CuO杂化纳米结构原理示意图

常压电喷离子化方法利用电场诱导Ag纳米粒子在CuO纳米线上的自组装

研究方向2

复合材料的界面研究

两相的界面通常具有独特的结构和电子态特征，使复合材料表现出独特的物理和化学性质。我们用部分还原法，在二维δ-MnO2纳米片上原位生长了Mn3O4纳米粒子，合成了δ-MnO2 – Mn3O4纳米复合材料。由于δ-MnO2和Mn3O4的锰电子态和结构单元不同，两相界面处会形成畸变的晶格和锰的混合价态，进而影响材料整体的电子态特征。δ-MnO2 – Mn3O4纳米复合材料的水氧化效率显著高于单组分的Mn3O4和δ-MnO2。

(a) δ-MnO2 – Mn3O4纳米复合材料由δ-MnO2 纳米片和 Mn3O4纳米离子结合形成，(b) XANES谱图可见材料完全由δ-MnO2和Mn3O4两相构成，(c) δ-MnO2 – Mn3O4纳米复合材料的水氧化活性远高于单相的δ-MnO2或Mn3O4，(d) 界面独特的电子态和结构是高活性的关键。

研究方向3

纳米材料的相合成与维度精准调控及其催化性能研究

胶体化学法作为纳米合成领域重要的合成手段，在I-V-VI族三元纳米晶体系，同样凸显出精准的相调控及尺寸形貌可控合成的优势。探索Cu-Sb-S、Cu-Bi-S、Ag-Sb-S及CuS等体系，深入挖掘其形成机理以及依赖形貌维度等特性的宏观性能。与此同时调控具有较高应用前景的磷烯类二维层状材料，从合成手法、异质材料复合及稳定性等方面进行研究。我们系统的阐释了纳米材料的制备路径，并进一步表征相应材料在催化和光电等领域的性能。

Cu–Sb–S纳米晶形成路径与其相选择机制的研究

研究方向4

强关联体系钙钛矿氧化物的缺陷化学

在能源环境方面，具有电子强关联的钙钛矿氧化物有着丰富的可调变的电子态，它作为多相催化剂目前已经吸引了全世界的研究兴趣。缺陷设计被认为是调节材料电子结构和提高催化性能的最高效方式之一。我们的研究领域主要集中在具有强关联体系钙钛矿氧化物的缺陷设计和在电子结构和物理化学性质之间的关联性。在这里，我们发展三种方法优化钙钛矿氧化物的电子结构: (1) 缺陷设计路线通过控制尿素和钙钛矿氧化物之间的拓扑化学反应来实现；(2) 稀硝酸处理使得钙钛矿LSMO暴露出更多的B位元素进而增加活性位点；(3) KBH4处理使钙钛矿表面产生更多的氧缺陷进而提高催化活性。这些方法将为高效固体材料的制备提供新的设计路线。

(a) 钙钛矿LSCO的氧缺陷调控方法和带有不同氧缺陷的钙钛矿LSCO的氧的K边吸收谱；(b) 带有不同氧缺陷的钙钛矿LSCO的一氧化碳氧化活性；LSCO-1：原始样品；LSCO-2：尿素与LSCO比例为0.5；LSCO-3：尿素与LSCO比例为2；(c) 原始样品LSMO，稀硝酸处理6 min和稀硝酸处理60 min的样品的一氧化碳催化活性；(d) 加强表面区域氧气交换的学术图。较大的A位阳离子控制最外层的表面；在表面下边是Sr富集区，血红色是钙钛矿体相结构，棕色是Sr富集区(SrCoO3- 层)，外边的小球是表面第二相(SrO, SrCO3, Sr(OH)2)。

研究方向5

多重价态过渡金属的歧化合成

课题组多年来致力于探究水热环境中的歧化过程，提出歧化反应会引起过渡金属离子在晶格中呈现双重价态，三重价态，甚至多重价态有序排列的观点。在钙钛矿型混合价态锰氧化物的合成工作，我们将K+、Ca2+离子共掺杂到LaMnO3母体的A位，得到的单晶具有接近理想p-n结的整流特性。以锰基化合物为起点，我们将水热歧化反应的理念引入铜基与镍基化合物，并为此设计了一系列的研究方案，力图实现铜基与镍基的多重价态。在铜基化合物中，选取铜铁矿结构CuCrO2与铜基超导体的母体化合物La2CuO4，采用酸性、脉冲激光诱导等方法，在两个体系中分别发现了铜离子结合能向低价态偏移的现象。

 (a)激光诱导还原La2CuO4中二价铜；(b)氩气保护条件下，稀酸还原铜铁矿CuCrO2中亚铜离子。

研究方向6

外延生长中的电子态调控

物质的微观结构决定其宏观性质，而物质是由原子组成的，所以物质中原子差别化的连接方式是材料具有丰富物理化学性质的根本来源。外延生长恰是一种操纵原子、分子等微观粒子进行规则排布的“组装”方法，所以相对于其他制备方法，我们可以在外延生长过程中，从原子层面实现对材料晶格、轨道、电荷以及自旋等特性的精准调控：（1）利用分子束外延设备对低熔点金属Ga的液滴进行了定量化的锑化处理，精准合成了具有特定尺寸和组分的Ga-GaSb金属半导体异质结，在红外波段实现了选择性吸收增强；（2）利用了在缺氧气氛中原位退火的方法向PLD制备的LaFeO3薄膜引入了大量的氧空位，从电子结构和晶体结构这两方面研究了氧空位对OER催化活性的影响。

 在Ga-GaSb金属-半导体异质结界面发生了电荷转移，诱发了材料在近红外波段实现了选择性吸收增强。

 氧空位产生了电子掺杂效应增强了LaFeO3-x薄膜的导电性，同时由于氧空位只存在于表面附近，薄膜体-表的价带能极差导致了体-表异质结的形成，可以加速OER的动力学，降低催化反应的过电位。