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作者簡(jiǎn)介

成果精選！她，新任ACS Nano執(zhí)行主編，北大「國家杰青/長(zhǎng)江特聘」！毅然回國，致力于碳納米管的研究與應(yīng)用！

李彥，北京大學(xué)博雅特聘教授、博士生導(dǎo)師。1983.9－1987.7，山東大學(xué)化學(xué)系讀本科，獲理學(xué)學(xué)士學(xué)位；1987.9－1990.7，山東大學(xué)化學(xué)系讀研究生，獲理學(xué)碩士學(xué)位；1990.9－1993.6，北京大學(xué)化學(xué)系讀博士生，獲理學(xué)博士學(xué)位；1993.7－1995.6，北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院博士后；1995.8－2002.7，北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院副教授；1999.11－2001.5，美國杜克大學(xué)化學(xué)系訪問副教授；2002.8－至今，北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院教授；2013－至今，北京大學(xué)博雅特聘教授。

主要獎(jiǎng)勵(lì)和榮譽(yù)：

2018年，中國化學(xué)會(huì)-贏創(chuàng)化學(xué)創(chuàng)新獎(jiǎng)杰出科學(xué)家獎(jiǎng)；2017年，教育部科技成果獎(jiǎng)自然科學(xué)一等獎(jiǎng)（第一獲獎(jiǎng)人）；2013年，教育部長(zhǎng)江學(xué)者特聘教授；2011年，獲得國家杰出青年基金；2004年，入選首批教育部新世紀(jì)人才資助計(jì)劃。2016—2024年，美國化學(xué)會(huì)ACS Nano副主編；2025年起，美國化學(xué)會(huì)ACS Nano執(zhí)行主編。

研究興趣：

課題組主要從事碳納米管（CNTs）的制備、修飾、表征和應(yīng)用的研究。發(fā)展CNTs的可控制備方法，通過化學(xué)修飾和復(fù)合對(duì)CNTs進(jìn)行進(jìn)一步的性能調(diào)控，同時(shí)發(fā)展相應(yīng)的表征技術(shù)以滿足可控制備和修飾研究的需求，并探索基于CNTs的材料在納電子、能源及生物醫(yī)學(xué)等方面的應(yīng)用。

Adv. Funct. Mater.：?jiǎn)尉oS₂納米管的制備及1D范德華異質(zhì)結(jié)構(gòu)

單晶二硫化鉬（MoS₂）納米管具有優(yōu)異的電子和光電子性能，但是之前合成的MoS₂納米管受到結(jié)晶度差和將具有三原子層的薄片卷成管狀結(jié)構(gòu)所需的高應(yīng)變能的阻礙?；诖?，北京大學(xué)李彥教授和盛建博士、清華大學(xué)徐志平教授等人報(bào)道了包裹在碳納米管內(nèi)的結(jié)晶良好的MoS₂納米管的受限模板生長(zhǎng)，形成一維（1D）范德華異質(zhì)結(jié)構(gòu)。

具體而言，作者采用CNTs內(nèi)腔作為納米級(jí)反應(yīng)容器，碳化鐵（Fe₅C₂）納米顆粒作為催化劑，通過一步化學(xué)氣相沉積（CVD）工藝成功地實(shí)現(xiàn)了包裹在CNTs內(nèi)的MoS₂納米管的1D異質(zhì)結(jié)構(gòu)的可控生長(zhǎng)。其中，CNTs作為納米反應(yīng)器和結(jié)構(gòu)受限模板，保證了MoS₂納米管的生長(zhǎng)，而水蒸氣被用來操縱合成的MoS₂的結(jié)構(gòu)和形態(tài)。通過溫和的等離子蝕刻去除外層的碳納米管，得到自支撐的MoS₂納米管。該方法顯示了高質(zhì)量MoS₂納米管生長(zhǎng)的催化效應(yīng)和空間限制耦合的力量，可能成為制備各種過渡金屬二硫族化合物和其他材料的通用1D納米結(jié)構(gòu)的通用策略。

Preparation of Single-Crystal MoS₂ Nanotubes and 1D Van der Waals Heterostructures. Adv. Funct. Mater., 2024

Nano Energy：共價(jià)鍵G/CNT作為高效雙功能氧電催化劑的高性能碳載體

電化學(xué)能量轉(zhuǎn)換技術(shù)中氧電催化劑的活性和穩(wěn)定性在很大程度上依賴于碳載體的結(jié)構(gòu)，而碳載體面臨著同時(shí)提高比表面積、電導(dǎo)率和石墨化程度的挑戰(zhàn)?；诖?，北京大學(xué)李彥教授等人報(bào)道了一類新型的共價(jià)鍵石墨烯/碳納米管（G/CNT）雜化物作為電催化劑的碳載體。碳納米管和石墨烯之間的共價(jià)鍵，促進(jìn)了電子的快速傳遞，石墨烯增加了可用的電化學(xué)活性表面積。

通過在G/CNT載體上負(fù)載Fe-N-C原子和Fe₃O₄納米顆粒兩種活性位點(diǎn)，該雜化催化劑表現(xiàn)出優(yōu)異的雙官能團(tuán)活性，氧還原反應(yīng)（ORR）和析氧反應(yīng)（OER）之間的電位差為0.640 V，超過了基于貴金屬的催化劑（0.747 V）和大多數(shù)報(bào)道的催化劑。由于G/CNT支架提供的高石墨化和表面官能化之間的適當(dāng)平衡，該催化劑具有優(yōu)異的耐腐蝕性，并且在具有液態(tài)和固態(tài)電解質(zhì)的可充電鋅空氣電池（ZABs）中都具有出色的循環(huán)性能。特別是，在電流密度為10 mA cm^-2下，液態(tài)ZABs在1000 h內(nèi)實(shí)現(xiàn)了0.742 V的窄電壓間隙。共價(jià)鍵G/CNT具有導(dǎo)電性高、表面積大、可改性、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，是設(shè)計(jì)高性能電催化劑的重要支撐材料。

Covalently bonded graphene/carbon nanotubes as high-performance carbon support for efficient bifunctional oxygen electrocatalysts. Nano Energy, 2024

?Energy Storage Mater.：原子分散Fe-N-C催化劑的毫秒活性調(diào)節(jié)

包含原子MeN_x中心的無貴金屬過渡金屬-N-C催化劑是可充電鋅-空氣電池（ZABs）氧還原反應(yīng)（ORR）的理想催化劑。基于此，山西大學(xué)朱勝博士、北京大學(xué)李彥教授等人報(bào)道了利用閃蒸焦耳加熱技術(shù)在200毫秒內(nèi)完成Me-N-C（Me=Fe、Co、Ni和Cu）催化劑的高效合成和活性調(diào)制。在瞬時(shí)高溫（~3535 K）和快速加熱和冷卻速度（大于104 K s^-1）誘導(dǎo)下碳納米管基體表面形成原子分散的MeN_x位點(diǎn)。這種超快的熱沖擊過程不僅阻止了孤立金屬原子的聚集，而且通過雜原子工程實(shí)現(xiàn)了催化活性的調(diào)節(jié)。

密度泛函理論（DFT）計(jì)算發(fā)現(xiàn)，磷（P）原子在抑制氮的損失和調(diào)節(jié)FeN_x中心的局部配位環(huán)境中起著至關(guān)重要的作用，導(dǎo)致速率決定步驟的能量勢(shì)壘降低，從而促進(jìn)氧的4e^–電催化還原。在0.1 M KOH介質(zhì)中，磷摻雜Fe-N-C催化劑表現(xiàn)出優(yōu)異的ORR活性，具有0.904 V的高半波電位和23.1 mV dec^-1的低Tafel斜率。組裝的ZABs具有236.3 mW cm^-2的功率密度和超過400 h的長(zhǎng)時(shí)間耐用性，超過了Pt/C+IrO₂基電池。

Millisecond activity modulation of atomically-dispersed Fe-N-C catalysts. Energy Storage Mater., 2024,

Adv. Funct. Mater.：CNCs的快速可擴(kuò)展閃存制造，用于穩(wěn)定的鉀儲(chǔ)存

石墨碳納米籠（CNCs）作為鉀儲(chǔ)存的可行候選物已經(jīng)引起了科研人員的廣泛關(guān)注，主要是因?yàn)樗鼈兙哂酗@著的結(jié)晶度、大表面積和豐富的孔隙度。然而，開發(fā)一種快速、可擴(kuò)展且經(jīng)濟(jì)可行的CNCs合成方法仍然是一項(xiàng)艱巨的挑戰(zhàn)。基于此，蘇州大學(xué)倪江鋒教授、山西大學(xué)趙云副教授和朱勝博士、北京大學(xué)李彥教授等人報(bào)道了一種快速（毫秒級(jí)）和可擴(kuò)展（克級(jí)）的方法，利用閃現(xiàn)焦耳加熱技術(shù)制備具有高純度和有序石墨結(jié)構(gòu)的介孔CNCs，用于鉀儲(chǔ)存。

測(cè)試發(fā)現(xiàn)，所開發(fā)的CNCs電極表現(xiàn)出卓越的性能指標(biāo)，包括初始容量、倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性，超過了先前記錄的許多碳質(zhì)材料。更重要的是，在0.1 A g^-1時(shí)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次循環(huán)后保持219.6 mAh g^-1。通過分子動(dòng)力學(xué)模擬和原位表征，闡明了這種優(yōu)異性能的機(jī)理。本工作強(qiáng)調(diào)了閃光焦耳加熱技術(shù)在合成用于鉀儲(chǔ)存的碳質(zhì)材料方面的顯著優(yōu)勢(shì)。

Rapid and Up-Scalable Flash Fabrication of Graphitic Carbon Nanocages for Robust Potassium Storage. Adv. Funct. Mater., 2024

Nat. Commun.：相釘助力2D鹵化鉛鈣鈦礦橫向同質(zhì)結(jié)構(gòu)

二維（2D）有機(jī)-無機(jī)雜化鹵化物鈣鈦礦具有多種結(jié)構(gòu)多晶和多種物理性質(zhì)，可以通過間隔陽離子的有序-無序過渡來控制，使得它們對(duì)構(gòu)建半導(dǎo)體同質(zhì)結(jié)具有吸引力。基于此，北京大學(xué)傅永平助理教授和李彥教授、上海高壓科學(xué)研究中心呂旭杰等人報(bào)道了一種空間陽離子摻雜誘導(dǎo)的相穩(wěn)定方法，以在2D鈣鈦礦中創(chuàng)建由有序相和無序相組成的橫向同質(zhì)結(jié)構(gòu)。

具體而言，作者發(fā)現(xiàn)在(PA)₂PbI₄（PA=n-C₅H₁₁NH₃⁺）中摻雜少量丁銨離子（BA=n-C₄H₉NH₃⁺）或反之，可抑制間隔陽離子的有序轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致無序間隔陽離子的晶型在降低溫度或增加壓力時(shí)相穩(wěn)定。與有序相相比，摻雜穩(wěn)定的無序相在溫度或壓力調(diào)節(jié)下在結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)上表現(xiàn)出明顯的響應(yīng)。在這些發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，作者通過在(PA)₂PbI₄或(BA)₂PbI₄的晶體生長(zhǎng)過程中引入間隔陽離子摻雜劑，實(shí)現(xiàn)橫向外延生長(zhǎng)，開發(fā)了由無序相和有序相組成的2D LHPs的同質(zhì)結(jié)構(gòu)。作者展示了在壓力和溫度刺激下同質(zhì)結(jié)光學(xué)特性的有效調(diào)諧，以及由內(nèi)置I-型帶對(duì)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)的定向激子在界面上的擴(kuò)散。

Two-dimensional lead halide perovskite lateral homojunctions enabled by phase pinning. Nat. Commun., 2024,

Fundamental Research：SWCNTs助力構(gòu)建人體運(yùn)動(dòng)傳感器

單壁碳納米管（SWCNTs）在可穿戴和柔性器件中具有優(yōu)異的電子和機(jī)械性能。其中，SWCNTs薄膜的制備是制造各種器件的第一步?；诖耍?strong>北京大學(xué)李彥教授等人報(bào)道了基于表面張力梯度誘導(dǎo)的馬蘭戈尼液流（Marangoni flow），開發(fā)了一種可擴(kuò)展且可行的水表面組裝SWCNTs薄膜的方法。

該薄膜具有40 cm×30 cm（可擴(kuò)展）的大面積，15~150 nm的可調(diào)厚度，高達(dá)96%的高透明度和良好的導(dǎo)電性。它們可以直接轉(zhuǎn)移到各種基材上，包括柔性基材。在柔性襯底上制備了柔性應(yīng)變傳感器，這些傳感器具有高靈敏度和可重復(fù)性。通過實(shí)現(xiàn)多功能人體運(yùn)動(dòng)傳感，包括響應(yīng)聲音、監(jiān)測(cè)動(dòng)脈脈沖、檢測(cè)關(guān)節(jié)和肌肉動(dòng)作，組裝的SWCNTs薄膜展示了在智能設(shè)備中的應(yīng)用潛力。此外，這個(gè)簡(jiǎn)單的過程可以擴(kuò)展到各種納米材料的高級(jí)應(yīng)用的組裝。

Marangoni-flow-assisted assembly of single-walled carbon nanotube films for human motion sensing. Fundamental Research, 2024

原創(chuàng)文章，作者：zhan1，如若轉(zhuǎn)載，請(qǐng)注明來源華算科技，注明出處：http://m.xiubac.cn/index.php/2025/02/10/ca41cb747e/

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