吉林大学化学学院乔振安

xingxing

乔振安，男，理学博士，教授，博士生导师。2011年毕业于吉林大学无机合成与制备化学国家重点实验室无机化学专业，并获得博士学位，师从霍启升教授。2011-2015年分别在美国田纳西大学，橡树岭国家实验室从事博士后研究工作。2014年入选中组部“第十一批##计划青年人才”， 2015年5月任教于吉林大学化学学院，无机合成与制备化学国家重点实验室。研究方向为新型功能孔材料的设计合成及其在能源和环境领域的应用。现已在化学和材料学领域的国际SCI期刊上发表论文38篇，其中以第一作者在国际重要学术期刊Nature Communications，Journal of the American Chemical Society，Angewandte Chemie International Edition，Advanced Materials和Nano Letters发表多篇论文，所有论文共被SCI引用近1000次，个人的H-index值为17，申请美国专利2项。
邮箱：qiaozhenan@jlu.edu.cn


代表性论文如下：
1. Zhen-An Qiao,* Songhai Chai, Kimberly Nelson, Zhonghe Bi, Jihua Chen, Shannon M. Mahurin, Xiang Zhu, Sheng Dai* “Polymeric molecular sieve membranes via in situ cross-linking of non-porous polymer membrane templates” Nat. Commun. 2014, 5, 3705.
2. Zhen-An Qiao, Pengfei Zhang, Songhai Chai, Miaofang Chi, Gabriel M. Veith, Nidia C. Gallego, Michelle Kidder, Sheng Dai.* “Lab-in-a-Shell： Encapsulating Metal Clusters for Size Sieving Catalysis” J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 11260-11263.
3. Zhen-An Qiao, Bingkun Guo, Andrew J. Binder, Jihua Chen, Gabriel M. Veith, Sheng Dai* “Controlled Synthesis of Mesoporous Carbon Nanostructures via a “Silica-Assisted” Strategy” Nano Lett. 2013, 13, 207−212.
4. Zhen-An Qiao, Qisheng Huo , Miaofang Chi , Gabriel M. Veith , Andrew J. Binder , Sheng Dai* “A “Ship-In-A-Bottle” Approach to Synthesis of Polymer Dots@Silica or Polymer Dots@Carbon Core-Shell Nanospheres” Adv. Mater. 2012, 24, 6017–6021.
5. Zhen-An Qiao, Suree S. Brown, Jamie Adcock, Gabriel M. Veith, J. Chris Bauer, E. Andrew Payzant, Raymond R. Unocic, Sheng Dai* “A Topotactic Synthetic Methodology for Highly Fluorine-Doped Mesoporous Metal Oxides” Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 2888–2893.

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吉林大学乔振安教授课题组利用金属醇盐作为金属氧化物前驱体和纯水作为溶剂，开发了一种聚合物导向自组装策略成功地合成了一系列具有超高比表面积的介孔金属氧化物（Adv. Sci. 2019,  6, 1801543）。在这个方法中，该课题组利用聚合物（例如PEI和PDADMAc）作为造孔剂形成了丰富的介孔。同时，醋酸不仅作为pH调节剂调控金属醇盐和聚合物之间的相互作用，而且作为络合剂修饰金属醇盐的缩聚动力学。当反应体系的pH大于TiO2的等电点，带正电荷的PEI吸引阴离子型的金属低聚物通过静电相互作用，从而自组装形成超高比表面积的介孔金属氧化物（733 m2 g-1 for TiO2, 422 m2 g-1 for ZrO2, 360 m2 g-1 for Nb2O5, 393 m2 g-1 for Al2O3, 190 m2 g-1 for Ta2O5, 344 m2 g-1 for HfO2, and 174 m2 g-1 for SnO2）。当反应体系的pH小于TiO2的等电点，带正电荷的PEI与带正电荷的金属低聚物通过氢键相互作用，形成了高结晶度的介孔金属氧化物。

在此项研究工作的基础上，乔振安教授团队提出了一种聚合物帮助的协调介导自组装策略合成了具有高比表面积的介孔多相复合的TiO2光催化剂。其中，盐酸和醋酸作为络合剂导向合成不同相复合的TiO2，例如三相复合（金红石/锐钛矿/板钛矿），两相复合（金红石/锐钛矿）以及单相（金红石和锐钛矿）。通过调控络合剂的种类和量，可以轻松地调控产物的晶相（三相-两相-单相）和相组成（0-100%）。通过改变反应温度，样品的比表面积(77-224 m2 g-1)和孔径(2.9-10.1 nm)也可以调控。由于获得的三相复合的TiO2光催化剂拥有丰富的介孔和异相结，在光催化裂解水试验中实现了卓越的产氢速率(3.57 mol h-1 g-1)，远远的超过了商业P25和其他的多质异形体。另外，利用固体紫外、价带X射线光电子能谱以及模特肖特基等技术详细研究了三种相对光催化性能的影响，提出了在光催化过程中电子和质子在三种相间的流向机制，对后续光催化机理的研究提供了一条新的思路。相关研究成果近日以题为“Controllable Synthesis of Mesoporous TiO2 Polymorphs with Tunable Crystal Structure for Enhanced Photocatalytic H2 Production”发表在知名期刊Advanced Energy Materials上。该论文第一作者为吉林大学博士研究生熊海龙，通讯作者为吉林大学乔振安教授和长春应化所宋术岩研究员。

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介孔金属硫化物具有大的比表面积，理想的能带结构和出色的电子性能，因此在传感器，太阳能电池和光催化领域显示出广阔的应用前景。然而，目前介孔金属硫化物的合成仍面临诸多挑战。例如，在使用分子自组装法时，无机前体与表面活性剂之间的相互作用、金属硫化物的沉淀速率以及结晶过程均对实验条件敏感，难以控制反应条件以同时实现介孔结构的形成和金属硫化物结晶成纯相。此外，由于普通金属前驱物与金属硫化物之间的体积差异较大，在无机前驱物结晶并转变为硫化物的过程中会发生明显的体积收缩，这使得相互连接的多孔结构难以保持，从而造成介孔结构崩塌。使用特殊的金属前体或者通过高温硫化介孔相前体合成介孔金属硫化物成本高昂，步骤复杂，因此，需要一种普适的，易于调控的方法用于合成介孔金属硫化物以推动介孔材料的基础研究和实际应用。

        近日，乔振安课题组开发了一种通用且有效的方法来合成一系列高度结晶的介孔金属硫化物，包括介孔ZnS、CdS、CuS、Ni3S4和ZnxCd1-xS，它们的比表面积分别高达144 m2 g-1，142 m2 g-1，157 m2 g-1，53 m2 g-1和92 m2 g-1。并且，制备得到的介孔ZnxCd1-xS具有可控的晶体结构、孔结构和形貌。得益于高的比表面积和丰富的同质结，在模拟太阳光照射下，介孔ZnxCd1-xS作为光催化解水产氢催化剂时展现出优异的催化活性。该工作中开发的合成方法巧妙简单，适用范围广，可为其他新型功能介孔材料的合成提供重要参考。
        论文信息：A General Polymer-Oriented Acid-Mediated Self-Assembly Approach toward Crystalline Mesoporous Metal Sulfides
Hongru Zhou, Hailong Xiong, Rui Zhang, Liangliang Zhang, Ling Zhang, Lin Li, Wei Zhang, Zhu Zhu, Zhen-An Qiao*，Small，DOI: 10.1002/smll.202100428