中国科学院上海硅酸盐研究所王家成

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王家成,男，工学博士，中国科学院上海硅酸盐研究所研究员，中科院“百人计划”入选者。2000年毕业于南京工业大学材料科学与工程学院，获学士学位；2007年毕业于中国科学院上海硅酸盐研究所，获工学博士学位，攻读博士学位期间荣获严东生奖学金；先后在日本东京大学、德国德累斯顿工业大学和英国卡迪夫大学从事科研工作近6年；2013年入选中国科学院“引进海外杰出人才”（百人计划）并回所工作。累计在Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Funct. Mater., Energy Storage Mater., Sci. Rep., ACS Catal., Adv. Mater. Interfaces, Chem. Commun., J. Mater. Chem., Carbon等国际期刊上发表学术论文70余篇，被引用1500余次。担任Adv. Energy Mater., Adv. Funct. Mater., J. Am. Chem. Soc., Small, Biomater. Sci., Chem. Commun., Chem. Soc. Rev., Energy Environ. Sci.,等多个学术期刊的评审专家；担任国际学术期刊Nano Advances（ISSN 2415 – 1386, www.nanoadvances.org）的共同创刊主编。

姓 名:王家成        
性    别:男
专家类别:研究员；百人        
学 历:博士研究生
电 话:021-52412714        
传 真:021-52413122
电子邮件:jiacheng.wang@mail.sic.ac.cn        
个人主页:无
邮政编码:200050        
通讯地址:上海市定西路1295号        

教育与工作经历：
　　2013 至今，中国科学院上海硅酸盐研究所，研究员
　　2012-2013，卡迪夫大学（英国），欧盟玛丽居里研究员（Marie Curie Intra-European Fellow）
　　2011-2012，德累斯顿工业大学（德国），洪堡学者（Alexander von Humboldt Research Fellow）
　　2010-2011，东京大学（日本），日本学术振兴会外国人特别研究员（JSPS Postdoctoral Fellow）
　　2007-2010，东京大学（日本），博士后
　　2002-2007，中国科学院上海硅酸盐研究所，博士
　　2000-2002，南京电子陶瓷总公司，助理工程师
　　1996-2000，南京工业大学，本科
研究方向：
　　1、 无机非金属材料的高通量制备与快速筛选/优化；
　　2、 纳米能源材料；
　　3、 CO2存储与资源化。
研究生培养：
　　胡春（2016-），硕士
　　邢若豪（2015-2018，与上海大学联合培养），硕士
　　周廷生（2014-2017，与上海理工大学联合培养），硕士
　　陈永芳（2013-2016），硕士：荣获2015年度研究生国家奖学金
　　李朋喜（2013-2016，与广西师范大学联合培养），硕士：荣获2015年度研究生国家奖学金
主要论文列表：

• Ruguang Ma, Erhong Song, Yao Zhou, Zhenzhen Zhou, Guanghui Liu, Qian Liu,* Jianjun Liu,* Yufang Zhu and Jiacheng Wang,* “Ultrafine WC Nanoparticles Anchored on Co-Encased, N-Doped Carbon Nanotubes for Efficient Hydrogen Evolution”, Energy Storage Mater., 2017, 6, 104-111.
• Tingsheng Zhou, Yao Zhou, Ruguang Ma, Zhenzhen Zhou, Guanghui Liu, Qian Liu,* Yufang Zhu,* and Jiacheng Wang,* “Nitrogen-Doped Hollow Mesoporous Carbon Spheres as a Highly Active and Stable Metal-Free Electrocatalyst for Oxygen Reduction”, Carbon, 2017, doi: j.carbon.2016.12.011.
• Yao Zhou, Ruguang Ma, Yongfang Chen, Pengxi Li, Qian Liu,* Guozhong Cao,* and Jiacheng Wang,* “Ditungsten Carbide Nanoparticles Encapsulated by Ultrathin Graphitic Layers with Excellent Hydrogen-Evolution Electrocatalytic Properties”, J. Mater. Chem. A, 2016, 4, 8204-8210.
• Ruguang Ma, Xiaodong Ren, Bao Yu Xia, Yao Zhou, Chi Sun, Qian Liu,* Jianjun Liu,* and Jiacheng Wang,* “Novel Synthesis of N-Doped Graphene as an Efficient Electrocatalyst towards Oxygen Reduction”, Nano Res., 2016, 9, 808-819.
• Ruguang Ma, Yao Zhou, Lin Yao, Guanghui Liu, Zhenzhen Zhou, Jong-Min Lee, Jiacheng Wang,* and Qian Liu,* “Capacitive Behaviour of MnF2 and CoF2 Submicro/Nanoparticles Synthesized via a Mild Ionic Liquid-Assisted Route”, J. Power Sources, 2016, 303, 49-56.
• Yongfang Chen, Qian Liu,* and Jiacheng Wang,* “Carbon Dioxide Activated Carbon Nanofibers with Hierarchical Micro-/Mesoporosity towards Electrocatalytic Oxygen Reduction”, J. Mater. Chem. A, 2016, 4, 5553-5560.
• Tingsheng Zhou, Yao Zhou, Ruguang Ma, Zhenzhen Zhou, Guanghui Liu, Qian Liu,* Yufang Zhu,* and Jiacheng Wang,* “In-Situ Formation of Nitrogen-Doped Carbon Nanoparticles on Hollow Carbon Spheres as an Efficient Metal-Free Electrocatalyst towards the Oxygen Reduction Reaction”, Nanoscale, 2016, 8, 18134-18142.
• Yao Zhou, Ruguang Ma, Stephanie L. Candelaria, Jiacheng Wang,* Qian Liu,* Evan Uchaker, Pengxi Li, Yongfang Chen, and Guozhong Cao,* “Phosphorus/Sulfur Co-doped Porous Carbon with Enhanced Specific Capacitance for Supercapacitor and Improved Catalytic Activity for Oxygen Reduction Reaction”, J. Power Sources, 2016, 314, 39-48.
• Ruguang Ma,* Bao Yu Xia, Yao Zhou, Pengxi Li, Yongfang Chen, Qian Liu,* and Jiacheng Wang,* “Ionic Liquid-Assisted Synthesis of Dual-Doped Graphene as Efficient Electrocatalysts for Oxygen Reduction”, Carbon, 2016, 102, 58-65.
• Yongfang Chen, Qian Liu,* and Jiacheng Wang,* “Highly Porous Nitrogen-Doped Carbon Nanofibers as Efficient Metal-Free Catalysts toward the Electrocatalytic Oxygen Reduction Reaction”, Nano Adv., 2016, 1, 79-89.
• Ruguang Ma, Yao Zhou, Pengxi Li, Yongfang Chen, Jiacheng Wang,* and Qian Liu,* “Self-Assembly of N-Doped Graphene-Wrapped Carbon Nanoparticles as an Efficient Electrocatalyst for Oxygen Reduction Reaction”, Electrochim. Acta, 2016, 216, 347-354.
• Ruguang Ma, Yao Zhou, Yongfang Chen, Pengxi Li, Qian Liu, and Jiacheng Wang,* “Ultrafine Molybdenum Carbide Nanoparticles Composited with Carbon as a Highly Active Hydrogen-Evolution Electrocatalyst”, Angew. Chem. Int. Ed., 2015, 127, 14936-14940.
• Jiacheng Wang, Simon A. Kondrat, Yingyu Wang, Gemma L. Brett, Cicely Giles, Jonathan K. Bartley, Li Lu, Qian Liu, Christopher J. Kiely, and Graham J. Hutchings,* “Au-Pd Nanoparticles Dispersed on Composite Titania-/Graphene Oxide-Supports as a Highly Active Oxidation Catalyst”, ACS Catal., 2015, 5, 3575-3587.
• Yongfang Chen, Ruguang Ma, Zhenzhen Zhou, Guanghui Liu, Yao Zhou, Qian Liu, Stefan Kaskel, and Jiacheng Wang,* “An In Situ Source-Template-Interface Reaction Route to 3D Nitrogen-Doped Hierarchical Porous Carbon as Oxygen Reduction Electrocatalyst”, Adv. Mater. Interfaces, 2015, 2, 1500199.
• Jiacheng Wang,* Ruguang Ma, Zhenzhen Zhou, Guanghui Liu, and Qian Liu,* “Magnesiothermic Synthesis of Sulfur-Doped Graphene as an Efficient Metal-Free Electrocatalyst for Oxygen Reduction”, Sci. Rep., 2015, 5, 9304; DOI: 10.1038/srep09304.
• Pengxi Li, Ruguang Ma, Yao Zhou, Yongfang Chen, Zhenzhen Zhou, Guanghui Liu, Qian Liu,* Guihua Peng, Zhenhua Liang,* and Jiacheng Wang,* “In Situ Growth of Spinel CoFe2O4 Nanoparticles on Rod-Like Ordered Mesoporous Carbon for Bifunctional Electrocatalysis of both Oxygen Reduction and Oxygen Evolution”, J. Mater. Chem. A, 2015, 3, 15598-15606.
• Jiacheng Wang,* Ruguang Ma, Yao Zhou, and Qian Liu,* “A Facile Nanocasting Strategy to Nitrogen-Doped Porous Carbon Monolith by Treatment with Ammonia for Efficient Oxygen Reduction”, J. Mater. Chem. A, 2015, 3, 12836-12844.
• Jiacheng Wang,* Hu Zhou, Jiandong Zhuang, and Qian Liu,* “Magnetic γ-Fe2O3, Fe3O4, and Fe Nanoparticles Confined within Ordered Mesoporous Carbons as Efficient Microwave Absorbers”, Phys. Chem. Chem. Phys., 2015, 17, 3802-3812.
• Jiacheng Wang,* Irena Senkovska, Stefan Kaskel, and Qian Liu,* “Chemically Activated Fungi-Based Porous Carbons for Hydrogen Storage”, Carbon, 2014, 75, 372-380.
• Jiacheng Wang* and Qian Liu,* “An Efficient One-Step Condensation and Activation Strategy to Synthesize Porous Carbons with Optimal Micropore Sizes for Highly Selective CO2 Adsorption”, Nanoscale, 2014, 6, 4148-4156.
• Jiacheng Wang,* Hu Zhou, Jiandong Zhuang, and Qian Liu,* “Influence of Spatial Configurations on Electromagnetic Interference Shielding of Ordered Mesoporous Carbon/Ordered Mesoporous Silica/Silica Composites”, Sci. Rep., 2013, 3, 3252; DOI: 10.1038/srep03252.
• Hu Zhou, Jiacheng Wang,* Jiandong Zhuang, and Qian Liu,* “A Covalent Route to Efficient Surface Modification of Ordered Mesoporous Carbon as High Performance Microwave Absorber”, Nanoscale, 2013, 5, 12502-12511.
• Jiacheng Wang, Irena Senkovska, Martin Oschatz, Martin R. Lohe, Lars Borchardt, Andreas Heerwig, Qian Liu, and Stefan Kaskel, “Highly Porous Nitrogen-Doped Polyimine-Based Carbons with Adjustable Microstructures for CO2 Capture”, J. Mater. Chem. A, 2013, 1, 10951-10961.  
• Jiacheng Wang, Irena Senkovska, Martin Oschatz, Martin R. Lohe, Lars Borchardt, Andreas Heerwig, Qian Liu, and Stefan Kaskel, “Imine-Linked Polymer Derived Nitrogen-Doped Microporous Carbons with Excellent CO2 Capture Properties”, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2013, 5, 3160-3167.
• Jiacheng Wang, Martin Oschatz, Tim Biemelt, Lars Borchardt, Irena Senkovska, Martin R. Lohe, and Stefan Kaskel, “Synthesis, Characterization, and Hydrogen Storage Capacities of Hierarchical Porous Carbide Derived Carbon Monolith”, J. Mater. Chem., 2012, 22, 23893-23899.  
• Jiacheng Wang and Stefan Kaskel, “KOH Activation of Carbon-Based Materials for Energy Storage”, J. Mater. Chem., 2012, 22, 23710-23725.
• Jiacheng Wang, Andreas Heerwig, Martin R. Lohe, Martin Oschatz, Lars Borchardt, and Stefan Kaskel, “Fungi-Based Porous Carbons for CO2 Adsorption and Separation”, J. Mater. Chem., 2012, 22, 13911-13913.
• Jiacheng Wang, Yoichi Masui and Makoto Onaka, “Facile Synthesis of Novel Poly(α-amino nitrile) Networks through One-Pot Strecker Reactions”, Polymer Chem., 2012, 3, 865-867.  
• Jiacheng Wang, Yoichi Masui and Makoto Onaka, “Conversion of Triose Sugars with Alcohols to Alkyl Lactates Catalyzed by Brønsted Acid Tin Ion-Exchanged Montmorillonite”, Appl. Catal. B: Environ., 2011, 107, 135-139.
• Jiacheng Wang, Yoichi Masui and Makoto Onaka, “Direct Synthesis of Nitriles from Alcohols with Trialkylsilyl Cyanide Using Brønsted Acid Montmorillonite Catalysts”, ACS Catal., 2011, 1, 446-454.
• Jiacheng Wang, Yoichi Masui, Kenya Watanabe and Makoto Onaka, “Highly Efficient Cyanosilylation of Sterically Bulky Ketones Catalyzed by Tin Ion-Exchanged Montmorillonite”, Adv. Synth. Catal., 2009, 351, 553-557.
• Jiacheng Wang, Changshu Xiang, Qian Liu, Yubai Pan and Jingkun Guo, “Ordered Mesoporous Carbon / Fused Silica Composites”, Adv. Funct. Mater., 2008, 18, 2995-3002.  
• Jiacheng Wang, Xiaofeng Yu, Yongxiang Li, and Qian Liu, “Poly (3, 4-ethylenedioxythiophene) PEDOT/Mesoporous Carbon Composite”, J. Phys. Chem. C, 2007, 111, 18073-18077.  
• Jiacheng Wang and Qian Liu, “An Ordered Mesoporous Aluminosilicate Oxynitride Template to Prepare N-incorporated Ordered Mesoporous Carbon”, J. Phys. Chem. C, 2007, 111, 7266-7272.
• Jiacheng Wang and Qian Liu, “Mesoporous Silicon Oxynitride Thin Films”, Chem. Commun., 2006, 900-902.  
• Jiacheng Wang, Qian Liu and Qingfeng Liu, “Controlled Synthesis of Europium Doped Lutetium Compounds: Nanoflakes, Nanoquadrels, and Nanorods”, J. Mater. Chem., 2005, 15, 4141-4146.  
• Jiacheng Wang and Qian Liu, “Structural Change and Characterization in Nitrogen-Incorporated SBA15 Oxynitride Mesoporous Materials via Different Thermal History”, Micropor. Mesopor. Mater., 2005, 83, 225-232.
  

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二维材料析氢活性新高度：催化活性自动优化的结构设计！

本文研究亮点：

      1. 实现了连续面积可达百微米级的单层具有金属空位的ReS2的制备，使得研究面内金属-金属键对催化性能的影响成为可能。

      2. 利用二硫化铼自身的特有的金属-金属键结构，有效地调控活性硫原子上的电子，实现了催化性能的自动优化过程，阐述了全新的优化机制，为新型二维硫属化合物产氢催化剂的设计和性能提高提供理论支撑和实践指导。

在众多的非贵金属HER催化剂中，过渡金属硫属化合物（Transition metal dichalcogenides, TMDs）作为一类新型的层状材料，由于其独特的电学性质受到广泛的关注。具有单层结构的TMDs材料，由于其在厚度方向能够达到原子尺度，表现出了区别于块体材料的电学、光学及其他物理学特性。单层的VI族过渡金属硫属化合物作为高效HER催化剂成为近几年二维催化剂研究的主要热点。

问题在于：有别于块体材料中活性位点均匀分布的特点， 二维TMDs的活性位点基本分布于材料的边界处。然而相对于表面，TMDs的边缘位点少，如果能够活化表面，将进一步提高活性。

目前增加表面活性的手段主要需结合以下两种手段：

1）增加表面活性位点，包括在表面构造空位，引入掺杂原子，构造更多的边界结构。

2）调节表面热动力学稳定性。

热动力学稳定性是由TMDs中的TM-非金属的键强决定。因此，适当的TM-非金属键强是得到优化的热动力学稳定性，使得氢吸附自由能ΔGH* =0 eV的关键所在。目前调节TM-非金属键强的方法主要依靠外界作用力，如：在TMDs边缘施加外界机械拉伸应力，或在具有特定表面形貌基体上利用毛细管力使TMDs自发形成内部应力，改变TM-非金属的键强。但是这些实现方式复杂，无法实现大规模生产的要求，这就需要开发一种简便的新方式实现热动力学稳定性的调节。

有鉴于此，中国科学院硅酸盐研究所王家成研究员，刘建军研究员与南洋理工大学刘政教授研究团队联合攻关，开创性的提出设计具有金属-金属键的ReS2（二硫化铼）平面，通过内在电荷补偿机制来优化调控活性电子态，进而实现催化剂活性最优。

类似于阴阳离子之间电子交换，ReS2中临近金属空位的金属-金属键相当于一个电子储存器，金属-金属和阴离子之间通过电子转移来调控活性电子态，具体表现在重新调节电荷分布以及阴离子上电子数量。相对于通过外力掺杂等方式来改变催化剂活性，这种靠内在金属键来自动调控活性电子态的催化剂更具有前瞻性。

  

由于二硫化铼中具有丰富种类的金属-金属键，使得挖去一个金属空位后，与这个空位上金属原子原本有价键结合的金属-金属键有六种，不同构型与金属-金属键中活性金属原子的个数对阴离子上的电子具有不同的调控作用。其中，S6原子对应氢吸附自由能仅为0.016 eV，较之没有金属-金属键的材料该值更接近理论最优值0 eV，从而实现了催化性能的自动优化。

在此基础之上，研究人员利用化学气相沉积方法，制备了具有铼空位的单层二硫化铼，膜的连续面积可达百微米级别，能有效避免过多边界结构带来的影响。与没有金属-金属键的材料比较，所制备的单层二硫化铼在0.5 M H2SO4中性能改进明显。在10 mA cm-2的电流密度下，其过电势仅为-147 mV vs.RHE，单位硫原子的TOF值可达1-10 s-1，同时具有优异的循环稳定性，与理论预测一致。

总之，这项研究开创了一种对活性电子态调控的方法，对新型TMDs催化剂的筛选和开发提供了全新的思维和理论基础。

Yao Zhou, Erhong Song, Jiadong Zhou,Junhao Lin, Ruguang Ma, Youwei Wang, Wujie Qiu, Ruxiang Shen, Kazutomo Suenaga, Qian Liu, JiachengWang, Zheng Liu, Jianjun Liu, ACS Nano, DOI: 10.1021/acsnano.8b00693.

xinkaishi

石墨烯（graphene）是具有单原子层厚度的独特二维结构，因其优异的力学、热学、光学和电学性能，在诸多领域表现出潜在的应用价值。2010年的诺贝尔物理学奖颁给了英国物理学家盖姆和诺奥肖洛夫，以表彰他们对石墨烯研究的贡献，此后石墨烯的发展更是如雨后春笋，相关论文发表数量也逐年增加。以石墨烯为基本的构筑模块（building block），利用特定的技术可以获得不同维度的石墨烯组装体，例如：零维（0D）的石墨烯量子点(GQDs）、一维(1D)的石墨烯纳米带(GNRs)和石墨烯纤维(G fibers)、二维(2D)的石墨烯膜(G membranes)和多孔的石墨烯纳米筛（GNMs），以及三维(3D)的石墨烯泡沫（G foams）等。这些不同维度特征的石墨烯基组装体，除了遗传石墨烯本身的特性外，通常呈现出独具特色的功能，因此在半导体器件、生物成像、新能源、环境治理等领域具有重要应用前景。  

　　近期，中国科学院上海硅酸盐研究所王家成研究员与刘茜研究员、黄富强研究员合作，在材料科学类国际学术期刊《材料科学进展》（Progress in Materials Science）上发表了题为“多维度石墨烯结构及拓展：独特性质、制备和应用”的长篇综述文章（Multidimensional Graphene Structures and Beyond: Unique Properties, Syntheses and Applications），文章第一作者为上海硅酸盐所副研究员马汝广。文章包括9个章节、74幅大图和800余篇文献，全文近9万字，梳理了石墨烯十余年来（2004-2019年）的发展历程，对石墨烯的基本性质、不同维度组装体（0D，1D，2D和3D）的独特性质、不同制备技术和相关应用等进行了系统的总结和全面的综述，为相关人员继续研究并快速认识石墨烯提供了很好的“平台和窗口”。  
　　附文章链接： https://www.sciencedirect.com/sc ... i/S0079642520300293

boing

近年来，过渡金属氧化物（氧化镍、氧化铁、氧化钒等）在纳米储能领域研究广泛。用作锂离子负极材料时，过渡金属氧化物具有较高的理论容量、较低的成本。其中，氧化钴作为一种广泛研究的负极材料，通过转化反应进行锂离子存储，具有远高于商用石墨负极的理论容量（714 mAh/g vs. 372 mAh/g）。然而，氧化钴较低的电导率容易导致电极极化，并且在充放电过程中会产生巨大的体积膨胀。这些固有的缺点严重制约了氧化钴在锂离子电池中的实际应用。

       针对以上问题，中国科学院上海硅酸盐研究所王家成研究员和马汝广副研究员等采用可控硫化方法，对石墨烯（G）包覆的氧化钴纳米颗粒进行掺杂，得到了具有优异储锂性能的CoOS0.1@G负极材料。相关结果发表在Small（DOI:10.1002/smll.202003643）上。硫掺杂的氧化钴纳米颗粒由小颗粒堆积成球形，且硫原子进入氧化钴的晶格取代氧原子，而外部被石墨烯包裹。该结构在增加体系导电性的同时，有利于抑制电极材料在充放电过程中的体积膨胀。而且，长期循环过程中电极析出的硫会被牢牢吸附在石墨烯上，避免了多硫化物穿梭效应。以上特点均证明了材料在结构设计上的优势。作为锂离子电池负极材料，CoOS0.1@G 表现出优异的循环稳定性（0.5 A/g 电流密度下循环400圈后仍保持1573 mAh/g 的比容量）和出色的倍率性能（在5 A/g 的电流密度下仍保持627 mAh/g 的比容量）。该工作进一步采用密度泛函理论（DFT）、有限元模拟（FEA）和锂离子迁移动力学分析系统研究了CoOS0.1@G电极在充放电过程中的电化学行为，证明了硫化掺杂后氧化钴具有更快的锂离子迁移速率，更高的赝电容贡献量和更稳定的电极结构。这种调控电极材料组分和电子结构的改性策略为锂离子电池负极材料的进一步发展提供了新思路。