武汉理工大学材料学院张高科

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张高科，男，1965年生，博士，教授，博士生导师。2005年至2006年曾于美国Pennsylvania State University材料研究所任客座教授。国家教育部新世纪优秀人才计划入选者。2004年获湖北省优秀研究生导师称号。

主要研究方向：
新型环境催化材料的设计、合成及结构研究，环境催化在环境污染控制中的应用研究；纳米材料、多孔材料的合成及其应用研究。
先后承担了包括国家自然科学基金、国家重大基础研究“973”子项等多项国家及省部级及企业合作课题。先后合成多种新化合物晶体，被国际衍射数据中心（ICDD）所承认，两次获得ICDD颁发的重要贡献奖励证书。 获得湖北省2007年自然科学奖三等奖。申请国家发明专利多项，已获授权发明专利两项。发表论文五十余篇，SCI、EI收录近三十余篇。

近年来发表主要论文有：
1. Shuiming Zhang, Gaoke Zhang, Shujie Yu, Xiaoguo Chen, Xiaoyang Zhang, Efficient photocatalytic removal of contaminant by Bi3NbxTa1-xO7 nanoparticles under visible light irradiation, J. Phys. Chem. C 2009, 113, 20029–20035.
2. Gaoke Zhang, Junling Yang, Shuiming Zhang, Qian Xiong, Baibiao Huang, Junting Wang, Wenqi Gong. Preparation of nanosized Bi3NbO7 and its visible-light photocatalytic property, J. Hazard. Mater., 172 (2009) 986–992.
3. Gao K. Zhang, Xin M. Ding, Fang S. He, Xin Y. Yu, J. Zhou, Yan J. Hu, and Jun W. Xie. Low-temperature synthesis and photocatalytic activity of TiO2 pillared montmorillonite, Langmuir, 2008, 24, 1026-1030.                                                            
4. Zhang, G. K., Ding, X. M., Hu, Y. J., Huang, B. B., Zhang, X. Y., Qin, X. Y., Zhou, J., Xie, J. W. Photocatalytic degradation of 4BS dye by N,S-codoped TiO2 pillared montmorillonite photocatalysts under visible-light irradiation, J. Phys. Chem. C, 2008, 112 (46), 17994-17997.                     
5. Gaoke Zhang, Yanjun Hu, Xinmiao Ding, Jin Zhou, Junwei Xie. Wet chemical synthesis and photocatalytic activity of potassium niobate K6Nb10.8O30 powders, J. Solid State Chem., 181 (2008) 2133–2138.
6. Gaoke Zhang, Jin Zhou, Xinmiao Ding, Yanjun Hu, Junwei Xie. Characterization and photocatalytic property of Ni-doped Sr10Bi6O24−y, J. Hazard. Mater., 158 (2008) 287–292.                                          
7. Gaoke Zhang, Xi Zou, Jie Gong, Fangsheng He, Hao Zhang, Shixi Ouyang, Hanxing Liu, Qiang Zhang, Ying Liu, Xia Yang, Bo Hu. Characterization and photocatalytic activity of Cu-doped K2Nb4O11, J. Mol. Catal. A:Chem., 2006,255:109-116.
8. Gaoke Zhang, Jie Gong, Xi Zou, Fangsheng He, Hao zhang, Qiang Zhang, Ying Liu, Xia Yang, Bo Hu. Photocatalytic degradation of azo dye acid red G by KNb3O8 and the role of potassium in the photocatalysis, Chem. Eng. J., 2006, 123:159–64.
9. Zhang Gaoke, Liu Ying, Xie Yi, Yang Xia, Hu Bo, Ouyang Shixi,Liu Hanxing, Wan Huiyan. Zinc adsorption on Na-rectorite and effect of static magnetic field on the adsorption. Appl. Clay Sci., 2005,29:15-21.
10. Gaoke Zhang , Xia Yang, Ying Liu, Yuanyuan Jia, Guowen Yu, Shixi Ouyang. Copper(II) adsorption on Ca-rectorite, and effect of static magnetic field on the adsorption. J. Colloid Interf. Sci. 2004, 278:265–269.

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武汉理工大学张高科教授及其课题组吴晓勇副教授设计、合成了暴露{010}晶面的六方M0.33WO3(M=K,Rb,Cs)纳米棒，首次发现其具有优异的红外光催化转化空气中CO2为甲醇的性能，而且在全流动空气相中，其仍呈现很高的光催化转化空气中CO2为甲醇的活性。课题组已在 J. Am. Chem. Soc.上在线发表了题为“Photocatalytic CO2 conversion of M0.33WO3 directly from the air with high selectivity: insight into full spectrum induced reaction mechanism ”的研究相关成果。文章的第一作者为武汉理工大学副教授吴晓勇和博士研究生李源，张高科教授为第一通讯作者，武汉理工大学赵焱教授和中国科技大学的孙永福教授分别进行了计算和实验数据测试分析等方面的合作研究，作为共同通讯作者。作者首先采用水控制缓慢释放法制备了M0.33WO3纳米棒光催化剂。气体吸附、脱附实验与CO2吸附能计算结果证实，M0.33WO3中的碱金属能极大地增强CO2的选择性吸附能力，使得光催化转化空气中的CO2得以实现。其次X射线光电子能谱、同步辐射X射线吸收精细结构证明M0.33WO3中部分六价钨被还原为五价钨，成为CO2活化和水的质子化的活性位点，这一点通过原位傅里叶变换红外光谱分析和吉布斯自由能计算均得到了证实。此外，介电函数计算和近红外光催化还原CO2机理研究表明，近红外光诱导的小极子跃迁能够在光催化剂表面生成丰富的电子，以还原被吸附在其表面的CO2。该研究工作为探索多功能材料在CO2还原与人工光合作用等方面提供了新的思路和奠定了实践基础，其成果有望使得人工光合作用变的更简单可行。

综上所述，作者设计了暴露{010}晶面、富含还原态W5+的M0.33WO3(M=K, Rb, Cs)纳米棒，发现其具有优异的红外光催化转化空气中CO2为甲醇的性能。通过CO2、O2的吸附脱附实验和DFT计算，证实了暴露{010}晶面的M0.33WO3光催化剂中的碱金属对空气中的CO2有选择性吸附，并且这种选择性吸附能力随着碱金属离子半径的增大而增强。DFT计算和in situ FT-IR结果表明，在光催化转化CO2反应中，M0.33WO3样品中的W5+位点在活化CO2分子的同时，也活化了水分子。光催化剂中的碱金属与W5+协同作用，增强了其宽谱光驱动的光催化转化CO2的活性。并通过介电函数计算和光催化条件实验的结果，探索了近红外光诱导的光催化还原CO2机理，结果证实近红外光诱导的小极子跃迁可以在光催化剂表面生成自由电子，以还原被吸附在其表面的CO2，实现了优异的红外光催化转化空气中CO2为甲醇的性能，同时，该光催化材料在宽谱光照射下的全流动相中仍然呈现很高的光催化转化空气中CO2为甲醇的活性。

文献链接：Photocatalytic CO2 Conversion of M0.33WO3 Directly from the Air with High Selectivity: Insight into Full Spectrum Induced Reaction Mechanism (J. Am. Chem. Soc., 2019, DOI: 10.1021/jacs.8b12928)