中山大学材料科学与工程学院刘卫

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刘卫，教授，博士生导师，于2017年8月起在中山大学材料科学与工程学院组建多孔材料能源和环境应用团队。刘卫主要从事胶体与表面/界面科学、纳米技术、以及电化学等多学科交叉领域的研究工作,在多孔材料设计、胶体组装和超分子界面修饰、电化学能源和电化学传感器等方面积累了丰富的知识和经验，并取得了一系列重要成果。在Acc. Chem. Res.、Angew. Chem. Int. Ed.、J. Am. Chem. Soc.、Adv. Mater.、Environ. Sci. Technol.、Chem. Mater.、Small、Chem. Coummun.、Electrochem. Coummun.、Sensors Actuators B Chem.等学术刊物上发表SCI 收录论文22篇，获得授权欧盟和国际发明专利1项。为J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Small、 Journal ECS等国际期刊的独立审稿人。

刘卫
个人基本简介:
职称：教授
学位：博士
毕业学校：中国科学院长春应用化学研究所
电子邮件：liuw226@mail.sysu.edu.cn

主要经历:
2017-         中山大学材料科学与工程学院，教授，博士生导师
2010-2017 德国德雷斯顿工业大学，洪堡学者、副研究员、高级研究员
2009-2010 芬兰库奥皮奥大学（现东芬兰大学），玛丽居里学者
2003-2009 中国科学院长春应用化学研究所，理学博士
1999-2003 曲阜师范大学，工学学士

学科方向:
主要研究方向：多孔材料、二维材料的研发及能源环境传感应用

具体研究方向：
以金属、非金属多孔材料（如气凝胶、水凝胶、薄膜材料、纳米颗粒）、二维材料、以及复合材料的研发为主线，着重开展它们在以下几个方向的应用研究：
1.电化学能源转换，如燃料电池、 二氧化碳还原等
2.传感器
3.光学加密

主要讲授课程：本科课程 《材料化学》 、《材料科学前沿》、 《材料分析技术实验》、 《仪器分析实验》
                        研究生课程 《电化学原理与技术》
本课题组招收、招聘有物理化学、材料化学、分析化学、高分子化学与物理、环境化学相关背景的硕士研究生、博士研究生、博士后、专职科研人员（研究员、副研究员）、副教授等。具有理论模拟、电化学能源转换、水污染处理和检测、传感器、光物理化学等相关经验者优先。
同时欢迎本科生到课题组实践和做毕业设计。

荣誉获奖:
2020年 光电材料与技术国家重点实验室固定人员
2017年 中山大学百人计划急需青年杰出人才
2014年 德国本生学会热点主题奖
2010年 德国洪堡奖学金
2009年 欧盟玛丽居里奖学金

主要兼职:
担任Journal of American Chemical Society、Angewandte Chemie International Edition、 Small、Advanced Energy Material、 Journal of Electrochemical Society等SCI期刊的独立审稿人。

代表论著:
在Acc. Chem. Res.、 Angew. Chem. Int. Ed.、 J. Am. Chem. Soc.、 Adv. Mater.、Environ. Sci. Technol. 、Chem. Mater.、 Small、 Chem. Coummun.、 Electrochem. Coummun.、J. Electrochem. Soc.、Sensors and Actuators B Chem. 等国际学术刊物上发表SCI 收录论文二十七篇，获得授权欧盟和国际发明专利1项，授权中国发明专利1项。

代表论著如下：
1.Zheng Y. Y. , Jang J., Lu, X. B., Wang H. L., Dubale A. A., Li Y.,  Jin Z.,  Lou D. Y.,  Sethi N. K, Ye Y. H., Zhou J.,  Sun Y. J., Zheng Z. K.*, Liu W.*, Boosting Both Electrocatalytic Activity and Durability of Metal Aerogels via Intrinsic Hierarchical Porosity and Continuous Conductive Network Backbone Preservation, Adv. Energy Mater. 2020, DOI: 10.1002/aenm.202002276
2. Dubale A. A.#, Zheng Y. Y.#, Honglei Wang, René Hübner, Yi Li, Jing Yang,* Jiangwei Zhang,* Navpreet Kaur Sethi, Lanqi He, Zhikun Zheng,* Wei Liu* "High-Performance Bismuth-doped Nickel Aerogel Electrocatalyst for Methanol Oxidation Reaction", Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 13891-13899.

3. Wang H. L., Yang J.,  Zhao P.,  Gölzhäuser A.,  Liu W.,* Chen X. D.,* Zheng Z. K.* "Creation of a Two-dimensional Polymer and Graphene Heterostructure", Nanoscale, 2020, 12, 5170–5174.
4. Yang J., Li Y. , Zheng Y., Xu Y.,* Zheng Z., Chen X., Liu W.* "Versatile Aerogels for Sensors." Small 2019, 15(41), 1902826.
5. Yang, M.; Cheng, X.; Zhang, X.; Liu, W.; Huang, C.; Xu, Y.*; Gao, S.; Zhao, H.; Huo, L.*“ Preparation of highly crystalline NiO meshed nanowalls via ammonia volatilization liquid deposition for H2S detection”J. Colloid Interf. Sci. 2019, 540, 39-50.
6. Zhang, E.; Yang, J.*; Liu, W.* ''Cellulose-Based Hydrogels with Controllable Electrical and Mechanical Properties.'' Z. Phys. Chem. 2018，232, 1707.
7. Liu, W. *; Hiekel, K; Hübner, R; Sun, H.; Yang, J. Ferancova, A.; Sillanpää, M.* “Pt and Au Bimetallic and Monometallic Nanostructured Amperometric Sensors for Direct Detection of Hydrogen Peroxide: Influences of Bimetallic Effect and Silica Support” Sensors and Actuators B: Chem. 2018, 255, 1325-1334.
8.  Liu, W. *; Haubold, D.; Rutkowski, B.; Oschatz, M.; Hübner, R.; Werheid, M.; Ziegler, C.; Sonntag, L.; Liu, S.; Zheng, Z.; Herrmann, A.-K.; Geiger, D.; Terlan, B.; Gemming, T.; Borchardt, L.; Kaskel, S.; Czyrska-Filemonowicz, A.; Eychmüller, A.* ''Self-Supporting Hierarchical Porous PtAg Alloy Nanotubular Aerogels as Highly Active and Durable Electrocatalysts'’Chem. Mater. 2016, 28, 6477−6483.
9.  Liu, W.; Herrmann, A.-K.; Gaponik, N.; Schmidt, T. J.; Eychmüller, A.* ''Noble Metal Aerogels-Synthesis, Characterization, and Application as Electrocatalysts.'' Acc. Chem. Res., 2015, 48, 154–162.
10.  Liu, W.; Rodriguez, P.; Borchardt, L.; Foelske A.; Yuan, J.; Herrmann, A.-K.; Geiger, D.; Zheng, Z.; Kaskel, S.; Gaponik, N.; Kötz, R.; Schmidt, T. J.*; Eychmüller, A.* “Bimetallic Aerogels: High Performance Electrocatalysts for the Oxygen Reduction Reaction” Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 9849-9852.
11.  Liu, W.; Herrmann, A.-K.; Geiger, D.; Borchardt, L.; Simon, F.; Kaskel, S.; Gaponik, N.; Eychmüller, A.* “High-Performance Electrocatalysis on Palladium Aerogels” Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 5743-5747.
12.   Liu, W.*; Repo, E.; Heikkilä, M.; Leskelä, M.; Sillanpää, M. “Hierarchical Paramecium-like Hollow and Solid Au/Pt Bimetallic Nanostructures Constructed Using Goethite (α-FeOOH) as Template” Nanotechnology 2010, 21, 395604.
13.  Liu, W.; Gao, X.* “C60 Trianion Mediated Electrocatalysis and Amperometric Sensing of Hydrogen Peroxide” Electrochem. Commun. 2008, 10, 1377-1380.
14.  Liu, W.; Gao, X.* “Reducing HAuCl4 by C60 Dianion: C60–Directed Self-Assembly of Gold Nanoparticles into Novel Fullerene Bound Gold Nanoassemblies” Nanotechnology 2008, 19, 405609.
15.   Liu, W.; Zhang, Y.; Gao, X.* “Interfacial Supramolecular Self-Assembled Monolayers of C60 by Thiolated β-Cyclodextrin on Gold Surfaces via Monoanionic C60” J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 4973-4980.
16.  Cai, B.; Dianat, A.; Hübner, R.; Liu, W.; Wen, D.; Benad, A.; Sonntag, L.; Gemming, T.; Cuniberti, G.; Eychmüller, A.* ''Multimetallic Hierarchical Aerogels: Shape Engineering of the Building Blocks for Efficient Electrocatalysis'' Adv. Mater. 2017, 29, 29, 1605254.
17.  Ziegler, C.; Wolf, A.; Liu, W.; Gaponik, N.; Eychmüller, A.* ''Modern Inorganic Aerogels.'' Angew. Chem. Int. Ed. 2017,  56, 13200-13221.
18.  Oezaslan, M.; Liu, W.; Nachtegaal, M.; Frenkel, A. I.; Rutkowski, B.; Werheid, M.; Herrmann, A.-K.; Bonnaud, C. L.; Yilmaz, H.-C.; Gaponik, N.; Czyrska-Filemonowicz, A.; Eychmüller, A.; Schmidt, T. J.* ''Homogeneity and Chemical Distribution of Self-Assembled Bimetallic Pd-Pt Aerogels prepared by a spontaneous one-step gelation process.'' Phys. Chem. Chem. Phys. 2016, 18, 20640-20650.
19.  Henning, S.; Kühn, L.; Herranza, J.; Dursta, J.; Binninger, T.; Nachtegaal, M.; Werheid, M.; Liu, W.; Adam, M.; Kaskel, S.; Eychmüller, A.; Schmidt, T. J.* ''Pt-Ni Aerogels as Unsupported Electrocatalysts for the Oxygen Reduction Reaction.'' J. Electrochem. Soc. 2016, 163, F998-F1003.
20.  Cai, B.; Wen, D.; Liu, W.; Herrmann, A.-K.; Benad, A.; Eychmüller, A.*  ''Function-Led Design of Aerogels: Self-Assembly of Alloyed PdNi Hollow Nanospheres for Efficient Electrocatalysis” Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 13101-13105.
21.  Zhu C.; Wen, D.; Oschatz, M.; Simon, F.; Liu, W.; Eychmüller, A. ''Nickel Cobalt Oxide Hollow Nanosponges as Advanced Electrocatalysts for the Oxygen Evolution Reaction”. Chem. Commun. 2015, 51, 7851-7854
22. Zheng Z. K.;* Zhang X. H.; Neumann C.; Emmrich D.; Winter A.; Vieker H.; Liu W., Lensen M.; Golzhauser A.; Turchanin A.;* “Hybrid van der Waals Heterostructures of Zero-dimensional and Two-dimensional Materials”. Nanoscale 2015, 7(32), 13393-13397.
23.  Zhu C.; Wen, D.; Oschatz, M.; Simon, F.; Liu, W.; Eychmüller, A. ''Kinetically Controlled Synthesis of PdNi Bimetallic Porous Nanostructures with Enhanced Electrocatalytic Activity”. Small 2014, 11, 1430-1434.
24.  Zheng, Z.*, Opilik, L.; Schiffmann, F.; Liu, W.; Giacomo Bergamini, G.; Ceroni, P.; Lee, L.-T.; Schütz, A.; Sakamoto, J.; Zenobi, R.; Vondele, J. V.; Schlüter A. D.* ''Synthesis of Two-dimensional Analogues of Copolymers by Site-to-site Transmetallation of Organometallic Monolayer Sheets.'' J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 6103-6110.
25.  Wen, D.; Liu, W.; Herrmann, A.-K.; Eychmüller, A.* ''A Membrane-Less Glucose/O2 Biofuel Cell Based on Pd Aerogels'' Chem. Euro. J. 2014, 20, 4380-4385.
26.  Wen, D; Herrmann, A.-K.; Borchardt, L.; Simon, F; Liu, W.; Kaskel, S.; Eychmüller, A.* “Controlling the Growth of Palladium Aerogels with High-Performance toward Bioelectrocatalytic Oxidation of Glucose” J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 2727–2730.
27.  Herrmann, A.-K.; Liu, W.; Gaponik, N.; Bigall, N.-C.; Eychmüller, A. “Metal Nanoparticle Aerogels and Their Applications” ECS Transactions 2013, 45, 149-154.
28.  Wang, D.; Sun, L.; Liu, W., Chang, W.; Gao, X. *; Wang, Z. “Photoinduced DNA Cleavage by α-, β-, and γ-Cyclodextrin-Bicapped C60” Environ. Sci. Technol. 2009, 43, 5825-5829.
29.  Zhang,Y.; Liu, W.; Gao, X.*; Zhao, Y.; Zheng, M.; Li, F.; Ye, D. “The First Synthesis of Water Soluble α-Cyclodextrin/C60 Supramolecular Complex Using Anionic C60 as a Building Block” Tetrahedron Lett. 2006, 47, 8571-8574.

专利如下:
1. Schmidt T. J.; Rodriguez P. P. B.; Rabis A.; Foelske-Schmitz A.; Kötz R.   （50% PSI）Eychmüller A.; Liu W.; Yuan J.; Gaponik N.; Hermann A.-K.                      (50% TU Dresden)
''Hochoberflächiger trägerloser Katalysator für elektrochemische Prozesse und Verfahren zu seiner Herstellung.” ''High-surface carrier-free catalyst for electrochemical processes and method for its production” European Patent Application, 2014, EP000002690693A1, WO2014016035A1.
2. 刘卫,杨静,郑治坤,王红蕾等，一种高效电催化剂复合材料及其制备方法和应用，中国发明专利， 授权，专利号2018110263980。

youyi

近年来，随着能源与环境问题的日益突出，促使着人类寻找可替代的清洁能源，氢作为高能量密度的无碳能源，引起了人们广泛的关注。利用太阳能和风能产生电能，再利用电能进行水分解是生产氢燃料的一种颇具吸引力的策略，可以实现零二氧化碳排放，并且有利于清洁可再生能源的转化和存储。利用这种策略制氢高度依赖于成本效益与高性能析氢电催化剂。贵金属Pt由于其自由能热中性表面，是一种最具吸引力的高效析氢电催化剂。然而，Pt的高成本和稀缺性极大限制了催化剂的大规模制备，同时Pt电催化剂粒子在电催化过程中还存在脱落和电化学熟化等问题。因此，设计兼顾高活性、高稳定性和低成本的铂电催化剂是电催化析氢的关键研究方向之一。

图1. LPWGA的制备策略与析氢反应示意图

       目前，已有研究证明金属氧化物可以稳定支撑Pt，调节电子状态，但存在导电性差，活性不足的问题。鉴于此，刘卫教授团队将氧化钨纳米线集成到三维导电的石墨烯气凝胶中，制备了导电的复合气凝胶载体（富含氧缺陷的氧化钨/还原氧化石墨烯气凝胶，WGA），并将低含量的Pt（0.8 wt%）稳定分散在复合导电气凝胶网络中，利用金属-载体间相互作用和气凝胶三维连续网络的结构优势，同步实现电子表面结构调控、体系快速传质和Pt纳米粒子的锚定，获得了兼具高电催化析氢稳定性和活性的低铂含量气凝胶（LPWGA）（图1）。

图2：HAADF-STEM和STEM-mapping图片；氮气吸脱附曲线图，孔结构分布图；Pt 4f XPS图，W 4f XPS图；电催化析氢性能测试和DFT理论计算

       系统研究表明，将Pt负载于WGA上得到的低铂/富含缺陷的氧化钨/还原氧化石墨烯气凝胶（LPWGA），可以使 WO3-x 与 Pt 之间发生电子转移，优化 Pt 纳米粒子的电子结构，降低了氢吸附能，从而增强了电催化析氢活性（图2）。气凝胶的三维互连多孔结构促进了物质输运和电子转移，同时为电解质提供了丰富表面，有助于暴露 Pt 活性位点，从而进一步增强气凝胶析氢活性。此外，金属与载体之间的相互作用对LPWGA的稳定性有显著的影响，可以将Pt纳米颗粒很好地固定在WGA上，并防止其聚集，大幅提升稳定性。DFT计算表明，相对于在Pt表面吸附氢的吸附与脱附过程，吸附氢从Pt向WO3-x迁移有着更低的能垒，LPWGA的氢溢流效应使得Pt上的活性位点及时暴露出来，促进了整个析氢反应的动力学。
       本工作是低铂气凝胶电催化析氢研究中的重要进展，对于设计兼具高活性、高稳定性、低成本的Pt基电催化剂具有借鉴意义。
       相关研究成果以“Tungsten Oxide/Reduced Graphene Oxide Aerogel with Low-Content Platinum as High-Performance Electrocatalyst for Hydrogen Evolution Reaction”为题发表在Small上（DOI：10.1002/smll.202102159）。第一单位为中山大学材料科学与工程学院，硕士生李怡为论文的第一作者，我院的刘卫教授为通讯作者，我院的杨静副研究员和化学学院的郑治坤教授为共同通讯作者。该研究工作受到国家自然科学基金，广东自然科学基金，中山大学”百人计划”的资助。
        论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202102159.