中国科学院金属研究所刘岗

dasaochu

刘岗，中国科学院金属研究所研究员、博士生导师，现任副所长，国家杰出青年基金获得者。从事可见光催化材料研究，通过能带调控、晶面控制、界面设计，重点发现、突破控制光催化材料光子吸收、电子空穴体相扩散、表面转移等决定太阳能光催化转化效率的材料因素，同时积极探索未知光催化材料，以第一或通讯作者在Nature、JACS等顶级期刊发表的论文获得同行正面高度评价和广泛引用。发表SCI论文140余篇，被SCI他引18,000余次，h因子57，申请专利43项（获授权专利14项）。承担了包括国家自然科学基金委杰出青年科学基金及优秀青年科学基金、973计划项目课题、英国皇家学会-牛顿高级学者基金在内的项目十余项。入选国家“万人计划”首批青年拔尖人才和第三批科技创新领军人才、教育部“长江学者奖励计划”青年学者、科睿唯安2018年度“高被引学者”等。曾获包括中国青年科技奖、辽宁省自然科学奖一等奖（第一完成人）、中国化学会青年化学奖、全国百篇优秀博士学位论文奖等十余项学术奖励与荣誉。任中国材料研究学会青年工作委员会副主任。

刘岗
性　别        男        最高学历        博士研究生
职　称        研究员        专家类别        博士生导师
部　门        沈阳材料科学国家（联合）实验室 先进炭材料研究部
通讯地址        辽宁省沈阳市沈河区文化路72号，中国科学院金属研究所，先进炭材料研究部
邮政编码        110016        电子邮件        gangliu@imr.ac.cn
电　话        +86-24-23971088        传　真        +86-24-23971682
简历：
　　1999.9-2003.7  吉林大学                  材料物理专业 学士
　　2003.9-2009.5  中国科学院金属研究所      材料学 博士
　　2007.3-2008.10 澳大利亚昆士兰大学        联合培养
　　2009.7-2012.7  中国科学院金属研究所    “葛庭燧奖研金”获得者
　　2012.8-2014.9  中国科学院金属研究所      项目研究员
　　2014.10-至今   中国科学院金属研究所      研究员
研究领域：
　　• 太阳能光催化材料
　　• 新型太阳能电池
承担科研项目情况：
　　自2009起作为项目（课题）负责人承担了来自国家自然科学基金委青年基金、面上项目、优秀青年基金以及国际(地区)合作与交流项目，科技部973计划课题，国家高层次人才特殊支持计划，中国科学院知识创新工程重点方向性项目课题、太阳能行动计划课题以及前沿科学研究重点计划项目（拔尖青年科学家类别），英国皇家学会-牛顿高级学者基金等项目多项。同时作为项目骨干参加了国家自然科学基金委重大项目、重点项目，作为中方合作者参加了国家自然科学基金委海外及港澳学者合作研究基金（2+4年期）项目。
重要科研成果：
　　光催化效率是由光催化材料的光吸收、光生电荷的分离转移及表面催化等三方面的特性协同决定的（Ƞ光催化 = Ƞ吸收 × Ƞ分离转移 × Ƞ催化），深入理解并有效调控这些特性能为设计与构建高效太阳能转换用光催化材料提供科学依据和关键支撑。以典型半导体光催化材料为研究对象，针对控制光催化材料效率的关键科学问题开展了深入的系统性研究，在实现宽光谱吸收、提升光生电荷的分离转移能力和晶面调控催化活性等方面取得了系列进展。
♦ 宽光谱吸收
　　致力于通过引入电子结构修饰剂（异质原子或缺陷）来增加宽带隙半导体材料的可见光吸收，从而更加充分地利用太阳光，特别关注如何通过控制修饰剂的空间分布来实现光吸收边的带对带红移。同时探索未知的具有宽谱强可见光吸收的光催化材料，且构成元素地壳储量丰富，拓展宽光谱吸收光催化材料库。
♦ 提升光生电荷的分离转移能力
　　致力于通过降低光催化材料在某一个或两个方向的尺寸至纳米量级，从而缩短光生载流子从体相扩散至表面所经历的路径，进而降低光生电子空穴的复合几率，提高光催化活性；通过选择性组合具有合适特性的组元来构筑具有优异空间电荷分离功能的异质结构。
♦ 晶面调控催化活性
　　致力于通过控制晶体生长过程中不同晶面的选择性暴露，实现对光催化材料的表面原子结构的有效调控，研究表面结构-光催化活性的关联规律，为基于晶面控制设计高性能光催化材料打下基础。
社会任职：
　　Chinese Chemistry Letter青年编委
　　中国材料研究学会青年工作委员会第八届理事会理事
　　中国材料研究学会环境材料分会副干事长
获奖及荣誉：
　　2017　美国陶瓷学会工程陶瓷部Global Young Investigator Award
　　2016　中国青年科技奖
　　2016　教育部“长江学者奖励计划”青年学者
　　2015　英国皇家学会-牛顿高级基金获得者 (Royal Society-Newton Advanced Fellowship)
　　2015　英国圣安德鲁斯大学荣誉教授
　　2015　中国科学院特聘研究员
　　2014　国家自然科学基金委优秀青年基金获得者
　　2013　国家“万人计划”首批青年拔尖人才
　　2012　中国可再生能源学会光化学专业委员会太阳能光化学与光催化研究领域优秀青年奖
　　2011　全国百篇优秀博士学位论文奖
代表论著：
　　1. Y. Y. Kang, Y. Q. Yang, L. C. Yin, X. D. Kang, L. Z. Wang, G. Liu,* H. M. Cheng, Selective breaking of hydrogen bonds of layered carbon nitride towards greatly enhanced visible light photocatalysis, Advanced Materials, 28(30), 6471–6477, (2016).
　　2. Y. Q. Yang, G. Liu,* J. TS Irvine, H. M. Cheng,* Enhanced photocatalytic H2 production in core-shell engineered rutile TiO2, Advanced Materials, 28(28), 5850-5856, (2016).
　　3. G. Zhang, G. Liu,* L. Z. Wang,* J. TS Irvine,* Inorganic perovskite photocatalysts for solar energy utilization, Chemical Society Reviews, 45 (21), 5951-5984 (2016).
　　4. Y. Y. Kang, Y. Q. Yang, L. C. Yin, X. D. Kang, G. Liu,* H. M. Cheng, An amorphous carbon nitride photocatalyst with greatly extended visible-light-responsive range for photocatalytic hydrogen generation, Advanced Materials, 27(31), 4572–4577, (2015).
　　5. G. Liu, L. C. Yin, J. Pan, F. Li, L. Wen, C. Zhen, H. M. Cheng*, Greatly enhanced electronic conduction and lithium storage of faceted TiO2 crystals supported on metallic substrates by tuning crystallographic orientation of TiO2, Advanced Materials, 27(23), 3507–3512, (2015).
　　6. P. Niu, L. C. Yin, Y. Q. Yang, G. Liu,* H. M. Cheng, Increasing the visible light absorption of graphitic carbon nitride (melon) photocatalysts by homogeneous self-modification with nitrogen vacancies, Advanced Materials 26 (47), 8046–8052, (2014).
　　7. Y. Q. Yang, C. H. Sun, L. Z. Wang, Z. Liu, G. Liu,* X. L. Ma, H. M. Cheng, Constructing metallic/semiconducting TaB2/Ta2O5 core/shell heterostructure for photocatalytic hydrogen evolution, Advanced Energy Materials 4 (12), 1400057, (2014).
　　8. G. Liu, H. G. Yang, J. Pan, Y. Q. Yang, G. Q. Lu,* H. M. Cheng,* Titanium dioxide crystals with tailored facets, Chemical Reviews 114 (19), 9559−9612, (2014).
　　9. Y. P. Xie, Z. B. Yu, G. Liu,* X. L. Ma, H.-M. Cheng,* CdS-mesoporous ZnS core-shell particles for efficient and stable photocatalytic hydrogen evolution under visible light, Energy & Environmental Science 7 (6), 1895–1901, (2014).
　　10. G. Liu, L. C. Yin, P. Niu, W. Jiao, H. M. Cheng,* Visible-light-responsive β-rhombohedral boron photocatalysts, Angewandte Chemie International Edition 52 (24), 6242-6245, (2013).
　　11. P. Niu, L. L. Zhang, G. Liu*, H. M. Cheng, Graphene-like carbon nitride nanosheets for improved photocatalytic activities, Advanced Functional Materials 22 (22), 4763-4770, (2012).
　　12. G. Liu, L.-C. Yin, J. Q. Wang, P. Niu, C. Zhen, Y. P. Xie, H.-M. Cheng,* A red anatase TiO2 photocatalyst for solar energy conversion, Energy & Environmental Science 5 (11), 9603-9610, (2012).
　　13. G. Liu, P. Niu, L. C. Yin, H. M. Cheng*, α-sulfur crystals as a visible light active photocatalyst, Journal of the American Chemical Society, 134 (22), 9070-9073, (2012).
　　14. G. Liu, J. Pan, L. C. Yin, J. TS Irvine, F. Li, J. Tan, P. Wormald, H.-M. Cheng*, Heteroatom-modulated switching of photocatalytic hydrogen and oxygen evolution preferences of anatase TiO2 microspheres, Advanced Functional Materials 22 (15), 3233–3238, (2012).
　　15. J. Pan, G. Liu*, G. Q. (Max) Lu, H. M. Cheng*, On the true photoreactivity order of {001}, {010} and {101} facets of anatase TiO2 crystals, Angewandte Chemie International Edition 50 (9), 2133-2137, (2011).
近期国际国内会议报告：
　　在国际、国内学术会议做特邀报告40余次。
近期获得专利：
　　申请专利21项，获授权10项。

yiwang

Maximizing the visible light photoelectrochemical activity of B/N-doped anatase TiO2 microspheres with exposed dominant {001} facets

洪星星, 康宇阳, 甄超, 康向东, 尹利长, John TS Irvine, 王连洲, 刘岗*, 成会明

B/N掺杂富含{001}晶面锐钛矿TiO2的最佳可见光光电催化水氧化活性研究

摘要: 本文以锐钛矿TiO2微米球光催化材料为研究对象, 其表面主要由{001}晶面组成, 间隙掺杂硼原子在微米球中呈浓度梯度分布, 浓度最高点位于表面. 通过对其在氨气气氛、不同温度下(440–560°C)进行热处理, 可实现氮替代晶格氧的掺杂, 氮原子掺杂的浓度随着热处理温度的增加, 由7.03增加到15.47 at%. 随着掺杂氮浓度的增加, 所得掺杂TiO2微米球的可见光吸收强度相应提高. 进一步研究所得掺杂TiO2微米球的可见光光吸收、原子和电子结构与可见光光电催化水氧化活性的关联特性, 发现在520°C下所得氮掺杂TiO2的可见光光电催化水氧化活性最大, 该样品吸收光谱的显著特征是在可见光区吸光率高, 且没有与缺陷相关联的背底吸收.

zuoyoushou

富含氧空位的新型BiVO4双光阳极用于高效太阳能光解水

钒酸铋（BiVO4）被认为是光电分解水制氢最有前景的光阳极材料之一。BiVO4的带隙为2.4 eV，在AM 1.5 G的照度下（100 mW/cm2），可达到的理论光电流密度为7.5 mA/cm2，对应的太阳能到氢气（STH）的效率为9.2%。虽然BiVO4的带隙比光电分解水的理想带隙2.0 eV略大，但它的导带边缘位置非常靠近H2析出电位，因此与许多其它光阳极材料相比，在低电势区域，BiVO4具有更低的起始电势和更高的光电流密度。

鉴于这些优势，BiVO4光阳极常被用在光解水-光伏串联系统上进行太阳能驱动的无偏压水分解。为了在光解水-光伏串联系统中实现高的STH效率，要求前面的BiVO4光阳极在实现高的光电流密度的同时，具有好的透光性，以实现光透过BiVO4薄膜后激发其后的太阳能电池。BiVO4光阳极的实际光电流密度（Jp）主要取决于光吸收效率（ηabs）、电荷分离效率（ηsep），以及电荷输运速率（ηtrans），即：Jp=Jmax × ηabs × ηsep × ηtrans。最近有研究显示，当BiVO4与适宜的析氧催化剂复合时，在析氧反应过程中其电荷输运效率（ηtrans）可接近最大值。

然而，在光解水-光伏串联系统中，使透明的BiVO4光阳极实现高的光吸收效率和电荷分离效率（ηabs × ηsep）依旧极具挑战性。这是因为光吸收效率（ηabs）和电荷分离效率（ηsep）是耦合影响的，即：较薄的BiVO4膜通常有较高的光吸收效率和较低的电荷分离效率，反之亦然。因此，如何进一步提高BiVO4光阳极薄膜的透光性，同时保持高的光电流密度，在光解水-光伏串联系统中实现高的STH效率，仍然是具有挑战性的。

近日，澳大利亚昆士兰大学的王连洲教授和中科院金属研究所的刘岗研究员报道了一种通过电化学沉积及煅烧过程制备富含氧空位的高透明BiVO4光阳极的新方法。该BiVO4双光电阳极由2片相同的透明BiVO4薄膜构成，具有极高的光电流密度，在1.23 V（vs. RHE）下达6.22 mA/cm2（照度AM 1.5 G），对应于高达83%的光吸收效率与电荷分离效率之积（ηabs × ηsep）。 通过沉积析氧催化剂FeOOH/NiOOH，BiVO4双光阳极的光电流密度可达5.87 mA/cm2（1.23 V vs. RHE），光电分解水的ABPE效率可达2.2%（0.7 V vs. RHE，照度AM 1.5 G）。该工作中报道的光电催化效率是目前不使用敏化剂及贵金属的BiVO4光阳极中最高的。该BiVO4双光阳极在与钙钛矿太阳能电池组合后，在无偏压光电分解水实验中实现了6.5%的STH效率。该研究通过引入氧空位提高电荷分离效率（ηsep），通过双光阳极提高光吸收效率（ηabs）的策略，为设计用于无偏压光电分解水的高效光电极提供了新路径。相关研究成果以“New BiVO4 Dual Photoanodes with Enriched Oxygen Vacancies for Efficient Solar-Driven Water Splitting”为题发表在Advanced Materials上。

yishide

“太阳能转换用光催化材料的设计与构建”（主要完成人：刘岗、成会明、牛萍、潘剑、谢英鹏）获得辽宁省自然科学一等奖。

　　光催化效率是由半导体光催化材料的光吸收、光生电荷的分离及表面催化等三方面的特性协同决定，深入理解并有效调控这些特性可为设计与构建高效太阳能转换用光催化材料提供科学指导和技术支撑。金属所科研人员自2004年起针对相关科学问题开展了系统深入的研究，实现了宽光谱吸收：揭示了电子结构修饰剂的均相分布是使光催化材料光吸收边整体红移的本质因素，在动力学和热力学层面提出了两类获得修饰剂均相分布的新思路，实现了典型光催化材料光吸收边的大幅红移。发现了硫、硼单质具有可见光光催化活性；有效提升了光生电荷的分离能力：发展出以电荷扩散短路径为显著特征的低维单体光催化材料，构建了以低能量损失电荷转移为显著特征的核壳构型异质结构光催化材料，具有光生电荷空间分离特性，既保持了光生电荷强的氧化还原能力，又实现了对光生电荷分离转移能力的有效提升；利用晶面调控催化活性：实现了多种晶体的不同晶面选择性暴露的控制制备与原位掺杂，揭示了晶面特征与能带边位置、光催化活性的关联规律，提出了晶面原子配位非饱和度和晶面能带边位置协同决定光催化活性的观点，促进了光催化材料从无特定晶面阶段发展到含特定晶面阶段。相关成果在Adv Mater、J Am Chem Soc、Angew Chem Int Ed等期刊上发表了20篇相关论文，在国内外产生了重要影响，截至2017年4月被SCI他引4300余次，其中8篇代表性论文被SCI他引2600余次，推动了太阳能驱动光催化材料的发展。

qiedao

太阳能驱动的光催化反应为解决能源和环境问题提供了一个可行之道，从而受到了广泛的关注。近些年来，关于光催化的研究取得了突破性的进展。光催化的性能取决于光催化剂的设计，可以通过优化光吸收，电荷分离与传输，以及表面反应等过程来实现高效的太阳能转化。相对于传统的块体材料，空心纳米结构在光催化剂设计中具有诸多优点，包括有效的光闪射和吸收，缩短电荷迁移距离和实现定向电荷分离，以及壳表面提供大量的反应位点。然而，在高效率的空心纳米结构光催化剂的设计，光催化机理的探索以及光催化反应的优化等方面仍然存在很多挑战。

近期，澳大利亚昆士兰大学的王连洲教授和中科院金属所的刘岗研究员联合在Advanced Materials发表了题为“Hollow Nanostructures for Photocatalysis: Advantages and Challenges”的综述文章。该文章基于光催化反应的三个基本过程（光吸收，电荷分离与传输，表面反应）系统地总结了空心纳米结构在光催化反应中存在的优势和面临的挑战，并提出了可行的解决策略和研究方向，以期进一步推动这一研究领域的快速发展。

作者提出了空心纳米结构在光催化应用中所面临的挑战以及可行的解决策略：
空心纳米结构的制备相对复杂，制约了其在光催化材料设计中的应用。有鉴于此，开发新型的合成空心纳米结构的方法迫在眉睫。
空心纳米结构对光催化反应效率的影响缺乏系统而深入的研究，阻碍了空心纳米结构光催化剂的设计。因此，理论与实验结合以建立空心纳米结构的物理化学性质与光催化反应之间的联系是十分有必要的。
基于空心纳米结构的粉末光催化体系在工业应用上存在困难。蒋空心纳米结构融入人工树叶的设计理念是一种可能的解决方案。
最后，作者对光催化的发展方向提出了一些见解，希望能够进一步推动这一研究领域的快速发展。
Mu Xiao, Zhiliang Wang, Miaoqiang Lyu, BinLuo, Songcan Wang, Gang Liu*, Hui-Ming Cheng, and Lianzhou Wang*, Hollow Nanostructures for Photocatalysis: Advantages and Challenges, Advanced Materials, 2018, DOI: 10.1002/adma.201801369.

yuanfang

邀请讲座人：刘 岗 研究员
简介：刘岗，中国科学院金属研究所研究员、博士生导师，现任副所长，国家杰出青年基金获得者。从事可见光催化材料研究，通过能带调控、晶面控制、界面设计，重点发现、突破控制光催化材料光子吸收、电子空穴体相扩散、表面转移等决定太阳能光催化转化效率的材料因素，同时积极探索未知光催化材料，以第一或通讯作者在Nature、JACS等顶级期刊发表的论文获得同行正面高度评价和广泛引用。发表SCI论文140余篇，被SCI他引18,000余次，h因子57，申请专利43项（获授权专利14项）。承担了包括国家自然科学基金委杰出青年科学基金及优秀青年科学基金、973计划项目课题、英国皇家学会-牛顿高级学者基金在内的项目十余项。入选国家“万人计划”首批青年拔尖人才和第三批科技创新领军人才、教育部“长江学者奖励计划”青年学者、科睿唯安2018年度“高被引学者”等。曾获包括中国青年科技奖、辽宁省自然科学奖一等奖（第一完成人）、中国化学会青年化学奖、全国百篇优秀博士学位论文奖等十余项学术奖励与荣誉。任中国材料研究学会青年工作委员会副主任。


【报告】红色TiO2与光生电荷分离新策略
时间:  2019年8月9日 上午10:10
地点:  西安交通大学仲英楼 材料学院 第三会议室
摘要：光催化可实现太阳能到化学能的转化，发展宽光谱吸收光催化材料是获得高太阳能转化效率的前提。尽管在过去四十多年的研究中百余种半导体被用作光催化材料，但是绝大多数稳定且满足产氢、产氧反应要求的光催化材料往往具有大的带隙，无法有效利用可见光。TiO2作为一种研究最为广泛的光催化材料同样面临无可见光吸收的严重不足，本报告将介绍如何控制能带结构调控剂的空间分布来拓宽光吸收范围，进而获得系列包括红色TiO2在内的宽光谱吸收光催化材料。同时，本报告还将介绍能有效促进光催化材料中光生电荷分离的新策略。

nuliyidian

11月3日，2020年度国家科学技术奖励大会在北京隆重举行。我所完成的“光催化材料的能带与微观结构调控”获得国家自然科学奖二等奖，项目主要完成人为：刘岗、成会明、杨勇强、牛萍、康宇阳。
　　该项目针对太阳能光催化三个基本过程中制约光催化材料活性的核心科学问题，系统、深入地开展了光催化材料能带和微观结构调控的基础研究，取得了多项原创性成果，主要包括：1）发现了能带结构修饰剂在光催化材料晶粒内的空间分布是调控带隙进而整体改变光吸收边的本质因素，并提出了利用原子结构通道促进扩散、利用间隙异质原子弱化强键合来降低断键能的两类思路来实现均相调控，开拓了发展宽光谱吸收光催化材料的新途径；2）研制出具有电荷短程迁移特征的二维光催化材料，实现了光生电子与空穴的空间分离；设计了含非饱和/饱和价态阳离子的核/壳结构光催化材料，突破了光生电子、空穴迁移率内在不匹配性对电荷分离的物理制约瓶颈；3）实现了光催化材料的晶面选择性暴露，阐明了晶面特征与能带边位置、电荷表面转移的关联机制，为实现可控表面电荷转移奠定了基础。相关研究成果不仅有力地推动了高效太阳能驱动光催化材料的发展，还辐射到了多个无机非金属功能材料研究领域。

nuliyidian

9月15日，2022年“科学探索奖”获奖名单揭晓，中国科学院金属研究所刘岗研究员入选其中。
　　作为一项由科学家主导的公益奖项，“科学探索奖”秉承“面向未来、奖励潜力、鼓励探索”的宗旨，鼓励青年科技工作者心无旁骛地探索科学“无人区”。奖项面向基础科学和前沿技术的十个领域，每年遴选不超过50位获奖人。