中国科学技术大学化学系吴宇恩

zhuimengren

吴宇恩，广西桂林人，现为中国科学技术大学化学系教授，博士生导师。2009年本科毕业于清华大学化学系。2014年在清华大学化学系获得博士学位，师从李亚栋院士。2014年9月至今在中国科学技术大学化学系工作。一直专注于纳米晶催化剂的可控制备，并将结构确定的金属纳米催化剂应用于能源相关的催化反应中，研究其构效关系，对于功能纳米材料的控制合成和结构与性能的关系有丰富的经验和深入的思考。近年来，专注于金属单原子、团簇催化剂的合成方法学研究，并将催化剂应用于以燃料电池相关的小分子活化反应研究，以第一/通讯作者发表学术论文10余篇，包括Chem. Soc. Rev. 1篇、Nature Commun. 2篇、J. Am. Chem. Soc. 7篇、Angew. Chem. Int. Edit. 6篇等，论文共计SCI引用1100余次。2015年获得基金委优秀青年基金资助，2017年获国家重点研发计划纳米专项青年项目资助并任首席, 2017年获得中组部青年拔尖人才资助。担任国际重要期刊Science Bulletin （国际Q1区） 副主编，Science China Materials（国际Q1区） 编委。


姓 　 名：吴宇恩  教授
电 　 话：0551-63601600
电子邮件：yuenwu@ustc.edu.cn
主　　页：http://staff.ustc.edu.cn/~yuenwu
Research ID:
http://www.researcherid.com/rid/A-8911-2015

受教育经历：（从大学本科开始，按时间倒排序）
2009/09 – 2014/07，清华大学，化学系，博士
2005/09 – 2009/07，清华大学，化学系，学士
研究工作经历：（按时间倒排序）
2014/07 –2016/01至今，中国科学技术大学，化学系，特任副研究员
2016/01 至今中国科学技术大学，化学系，特任教授
主要研究方向：
1.纳米晶、团簇、单原子催化剂合成方法学研究。
2.催化剂原子尺度结构表征技术研究，催化剂性能与结构关系研究。
3.面向燃料电池、电解水等氢能源相关过程的实用性催化剂开发。
获奖及荣誉：
2013年清华大学特等奖学金
2014年清华大学学术新秀
2014年清华大学优秀博士论文一等奖
2015年获得基金委优秀青年基金资助
2017年获得中组部青年拔尖计划支持
2017年获得科技部重点研发计划纳米专项青年科学家项目支持并担任首席
个人代表性文章
1. Yuen Wu, Dingsheng Wang*, Yadong Li*. Nanocrystals from solutions: catalysts. Chem. Soc. Rev., 2014
2. Jian Yang, Fengjun Zhang, Haiyuan Lu, Xun Hong, Hailong Jiang, Yuen Wu*, Yadong Li*. Hollow Zn/Co ZIF Particles Derived from Core–Shell ZIF‐67@ ZIF‐8 as Selective Catalyst for the Semi‐Hydrogenation of Acetylene. Angew. Chem. Int. Ed., 2015
3. Zhi Li, Rong Yu, Jinglu Huang, Yusheng Shi, Diyang Zhang, Xiaoyan Zhong, Dingsheng Wang, Yuen Wu*, Yadong Li*. Platinum–nickel frame within metal-organic framework fabricated in situ for hydrogen enrichment and molecular sieving. Nat. Commun, 2015
4. Yancai Yao, Dong Sheng He, Yue Lin, Xiaoqian Feng, Xin Wang, Peiqun Yin, Xun Hong, Gang Zhou, Yuen Wu*, Yadong Li*. Modulating fcc and hcp Ruthenium on the Surface of Palladium–Copper Alloy through Tunable Lattice Mismatch. Angew. Chem. Int. Ed., 2016
5. Dong Sheng He, Daping He, Jing Wang, Yue Lin, Peiqun Yin, Xun Hong, Yuen Wu*, Yadong Li*. Ultrathin Icosahedral Pt-Enriched Nanocage with Excellent Oxygen Reduction Reaction Activity. J. Am. Chem. Soc., 2016
6. Jian Yang, Fengjun Zhang, Xin Wang, Dongsheng He, Geng Wu, Qinghua Yang, Xun Hong, Yuen Wu*, Yadong Li*. Porous Molybdenum Phosphide Nano‐Octahedrons Derived from Confined Phosphorization in UIO‐66 for Efficient Hydrogen Evolution. Angew. Chem. Int. Ed., 2016
7. Peiqun Yin, Tao Yao, Yuen Wu*, Lirong Zheng, Yue Lin, Wei Liu, Huanxin Ju, Junfa Zhu, Xun Hong, Zhaoxiang Deng, Gang Zhou, Shiqiang Wei, Yadong Li*. Single Cobalt Atoms with Precise N-Coordination as Superior Oxygen Reduction Reaction Catalysts. Angew. Chem. Int. Ed., 2016
8. Daping He, Libo Zhang, Dongsheng He, Gang Zhou, Yue Lin, Zhaoxiang Deng, Xun Hong, Yuen Wu*, Chen Chen*, Yadong Li*. Amorphous nickel boride membrane on a platinum–nickel alloy surface for enhanced oxygen reduction reaction. Nat. Commun, 2016
9. Changming Zhao, Xinyao Dai, Tao Yao,* Wenxing Chen, Xiaoqian Wang, Jing Wang, Jian Yang, Shiqiang Wei, Yuen Wu,* Yadong Li*, Ionic Exchange of Metal-Organic Frameworks to Access Single Nickel Sites for Efficient Electroreduction of CO2, J. Am. Chem. Soc., 2017
10. Xin Wang, Wenxing Chen, Lei Zhang, Tao Yao, Wei Liu, Yue Lin, Huanxin Ju, Juncai Dong, Lirong Zheng, Wensheng Yan, Xusheng Zheng, Zhijun Li,Xiaoqian Wang,Jian Yang, Dongsheng He, Yu Wang,Zhaoxiang Deng,Yuen Wu,* and Yadong Li.* Uncoordinated amine groups of MOFs to anchor single Ru sites as chemoselective catalysts towards the hydrogenation of quinoline, J. Am. Chem. Soc., 2017

xieyu

报告题目：金属纳米催化剂原子尺度精准调控及其小分子活化研究
报 告 人：中国科学技术大学 吴宇恩 （优青、万人计划青年拔尖）
时   间： 2018年5月12日（星期六）上午9:30
地   点：华南理工大学大学城B5副楼-3楼会议室


报告人简介：
吴宇恩，广西桂林人，现为中国科学技术大学化学系教授，博士生导师。2009年本科毕业于清华大学化学系。2014年在清华大学化学系获得博士学位，师从李亚栋院士。2014年9月至今在中国科学技术大学化学系工作。一直专注于纳米晶催化剂的可控制备，并将结构确定的金属纳米催化剂应用于能源相关的催化反应中，研究其构效关系，对于功能纳米材料的控制合成和结构与性能的关系有丰富的经验和深入的思考。近年来，专注于金属单原子、团簇催化剂的合成方法学研究，并将催化剂应用于以燃料电池相关的小分子活化反应研究，以第一/通讯作者发表学术论文20余篇，包括Chem. Soc. Rev. 1篇、Nature Commun. 2篇、J. Am. Chem. Soc. 7篇、Angew. Chem. Int. Edit. 6篇等，论文共计SCI引用1100余次。2015年获得基金委优秀青年基金资助，2017年获国家重点研发计划纳米专项青年项目资助并任首席, 2017年获得中组部青年拔尖人才资助。担任国际重要期刊Science Bulletin 副主编，Science China Materials 编委。


报告摘要：
吴宇恩教授课题组，以锌钴双金属MOF作为前驱体，通过双溶剂法吸附铁盐，在高温环境下，Fe 3+被周围石墨化的C逐渐还原并与邻近的Co成键，从而形成Fe,Co双金属活性位点。同时，Fe催化载体生成氮掺杂的石墨化碳，并分解释放C和N的碎片，加速金属-咪唑-金属键的断裂，从而迫使MOF内产生空隙。最终在Kirkedall的作用下形成了空洞结构。通过球差电镜，同步辐射，穆斯堡尔谱等多种手段表征了该双原子材料是Fe,Co成键并与周围N配位的结构。通过理论计算表明Fe-Co键的存在更有利于O-O键的断裂，该结构使得催化剂在氧还原反应中有很高的活性。在酸性氧还原反应中表现出半波电位为0.863 V, 起始电位为1.06 V, 且0.9 V 下的电流密度为2.842 mA cm-2, 并稳定循环5万圈的优异性能。在氢氧燃料电池中最高输出功率高达0.98 W cm-2。在氢空燃料电池中最高输出功率0.51 W cm-2并稳定运行100小时以上。是目前已报道非Pt催化剂中，该双原子材料的氢空燃料电池的性能最高，并将已有的最高活性提高25 %。

cuihuo

中科大吴宇恩AM：由金属固体扩散诱导的嵌钴-CNT薄膜作为三功能催化剂

用于氧还原反应（ORR），析氧反应（OER）和析氢反应（HER）的稳健且有效的三官能催化剂的开发是可再生金属-空气电池和水分解的核心。在一个独立电极中实现三种功能的有效集成仍是一个巨大的挑战。中科大吴宇恩课题组报道了一种新颖且简便的策略来构建钴纳米粒子包裹的3D导电膜（Co/CNF），这是通过整块状的钴金属箔的原位固体热扩散诱导而成的。

制备过程：将三聚氰胺前体置于Co箔表面上，首先在较低的热解温度下，三聚氰胺在Co箔上转化为氮碳。随着温度升高，表面的Co原子被拖出Co箔，形成挥发性Co物种，被大量空位和氮掺杂碳层的不饱和位点捕获。同时，这些Co 气流进一步聚集在碳表面形成Co NP，其用作种子并催化以使氮掺杂的CNT生长，形成Co NP嵌入碳纳米管的3D结构化膜。

碳纤维可以很容易地从Co箔上剥离，显示出柔韧性和强度。Co/CNF的面积和形状由块状Co箔基板严格调控。该薄膜可以直接预成型为自支撑和无粘合剂的电极，同时促进ORR，OER和HER反应，并具有优异的活性和稳定性。这种“一体化”薄膜还表现出显著的锌空气电池性能和整体水分解，证明了其在实际应用中的可行性。

Yang Z, Zhao C, Qu Y, et al. Trifunctional Self‐Supporting Cobalt‐Embedded Carbon Nanotube Films for ORR, OER, and HER Triggered by Solid Diffusion from Bulk Metal.Advanced Materials. 2019.

DOI: 10.1002/adma.201808043

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.201808043

shuishuang

单原子贵金属催化剂具有良好的应用前景，但对其活性和稳定性的控制仍是一个具有挑战性的课题。有鉴于此，中国科技大学的吴宇恩教授和李微雪教授等人通过压缩应变将原子级分散的Ru负载到金属载体上，可以极大地促进电催化析氧反应(OER)，并降低在酸性电解质中钌基电催化剂的降解。通过连续的酸刻蚀和电化学浸出实验，成功制备了一系列单原子Ru负载的PtCu催化剂，发现OER活性与PtCu合金晶格常数之间呈现火山型曲线关系。其中活性最好的催化剂，Ru1-Pt3Cu，在电流密度为10 mA cm - 2的条件下，呈现出90 mV的低过电位，比商业化的RuO2催化剂使用寿命长了一个数量级。理论研究表明，Pt表面的应力能够影响Ru原子的电子结构，进而实现抗过氧化和溶解。

Yancai Yao, Wei-Xue Li, Yuen Wu, et al. Engineering theelectronic structure of single atom Ru sites via compressive strain boostsacidic water oxidation electrocatalysis. Nature Catalysis, 2019.

DOI: 10.1038/s41929-019-0246-2

https://www.nature.com/articles/s41929-019-0246-2

qiren

学术讲座（四十三）：单原子催化剂的可控合成及其催化应用探索

主讲人:吴宇恩教授

时间: 2019年7月25日上午10:00

地点: 深圳大学西丽校区B1-420会议室

报告人简介：
吴宇恩，广西桂林人，现为中国科学技术大学化学系教授，博士生导师。2009年本科毕业于清华大学化学系。2014年在清华大学化学系获得博士学位，师从李亚栋院士。2014年9月至今在中国科学技术大学化学系工作。一直专注于纳米晶催化剂的可控制备，对于功能无机纳米材料的控制合成和结构与性能的关系有丰富的经验和深入的思考。近年来，专注于金属单原子、团簇催化剂的合成方法学研究，并将催化剂应用于以燃料电池相关的小分子活化反应研究，近5年来，以通讯作者发表学术论文40余篇，包括Nat.Cat. 2 篇、Nat.Commun. 3篇、J. Am. Chem. Soc. 6篇、Angew.Chem. Int. Edit. 7篇, Adv. Mater 2篇等，论文共计SCI引用3000余次。2015年获得基金委优秀青年基金资助，2017年获国家重点研发计划纳米专项青年项目资助并任首席,2017年获得中组部青年拔尖人才资助。担任国际重要期刊ScienceBulletin （国际Q1区）副主编，ScienceChina Materials（国际Q1区）编委，Small methods客座编辑。


讲座摘要：
吴宇恩教授课题组近年来专注于单原子，团簇催化剂的合成方法学研究，并面相能源，催化，传感等领域开发实用型催化剂。发展了全新的自上而下的合成策略，实现了单原子催化剂本征活性和质量活性的双重优化。发展了全新的单原子、团簇催化剂的合成方法，首次将金属载量从1%以下提升到了具有实用价值的5%以上。基于对配位与成键的精确调控，实现了单原子、团簇催化剂精确配位结构的调控，从活性、选择性、稳定性上实现了调控与优化。致力于进行具有中国自主知识产权的工业催化剂研发，所领导的团队开发出酸性条件下稳定的非Pt氧还原催化剂，大大降低了催化剂的生产成本。目前用这种具有自由知识产权催化剂组装的燃料电池膜电极性能已经达到美国能源部2020年的目标，处于世界领先水平。最近开发出一种全新的表面缺陷工程，能够将活性的Ru物种单原子化并固载在金属合金的基底之上。利用更为廉价的Ru基催化剂实现了远超商业Ir基催化剂的活性，并且大大的提升了Ru基催化剂在酸性氧析出反应中的工作寿命，给如何解决Ru基催化剂在酸性氧化性条件下不稳定这一国际性难题提供了新的思路。

xibei

在温和条件下通过电将温室气体CO2转化为有价值的燃料或化学品，是改善目前能源短缺和全球变暖问题的一种有效方法。然而，由于CO2具有较强的热力学稳定性和化学惰性，需要较大的过电位才能克服能量障碍。此外在水溶液中，容易发生更具动力学优势的析氢反应(HER)，导致较低的CO2还原法拉第效率(FE)和较差的产物选择性。因此，为了在低过电位下实现高选择性、大电流密度的CO2电还原反应(CO2RR)，研制一种既有利于CO2RR又能抑制竞争性HER的高效电催化剂显得尤为迫切。

       在各种CO2RR电催化剂中，单原子位点(single-atom sites, SAs)催化剂以其最大的原子利用率、独特的电子结构和优异的选择性等独特的优势而备受关注。近年来，实验和理论探索都表明，原子级分散在碳载体上的单金属M-Nx位点可以作为理想的CO2RR电催化剂，且性能优良。其中的N不仅可以稳定单金属原子，还可以调节M-Nx位点的电子结构。然而，最近的研究表明，配位N的电负性过高，不利于中间体在金属中心的吸附，导致势垒增加，反应动力学降低。因此，在M-Nx位点引入适当的低电负性原子，可以调节中间体的吸附强度，降低势垒，提高电催化活性。硫原子的电负性比N弱，被认为是M-Nx活性中心配位N的合适取代原子。M-Nx位点上S部分取代N可以显著改变活性中心的电子结构，提高催化剂的本征电催化活性。
        中国科学技术大学吴宇恩教授等人通过阴阳离子共扩散法制备了N、S共配位的Bi单原子催化剂(Bi-SAs-NS/C)，并研究了Bi-SAs-NS/C对CO2RR的电化学催化性能。与传统的热扩散方法不同，Bi2S3前驱体作为Bi源和S源，可以同时扩散到周围包覆的聚多巴胺(PDA)层中。Bi和S都被N位点捕获，在高温下形成均匀的N、S共配位Bi活性位点。精心设计的中空结构为CO2RR相关物质的扩散和电子传递提供了充分的通道。原子分散的Bi-N3S位点显著提高了CO2RR的活性和选择性，在0.8 V时，CO的FE最大值为98.3%。


文章信息
Zhiyuan Wang, Chun Wang, Yidong Hu, Shuai Yang, Jia Yang, Wenxing Chen, Huang Zhou, Fangyao Zhou, Lingxiao Wang, Junyi Du, Yafei Li* & Yuen Wu*. Simultaneous diffusion of cation and anion to access N, S co-coordinated Bi-sites for enhanced CO2 electroreduction. Nano Research https://doi.org/10.1007/s12274-021-3287-1.