大连理工大学精细化工国家重点实验室侯军刚

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侯军刚，大连理工大学精细化工国家重点实验室教授。2010年毕业于天津大学，获工学博士学位。2010年7月入职北京科技大学，2013年晋升副教授，2014年1月获日本学术振兴会Fellowship (JSPS Fellowship)，2014年1月至2015年9月在日本东北大学工学部任特别研究员，2015年9月至2018年1月在大连理工大学人工光合作用研究所任特聘研究员，于2018年1月聘为大连理工大学精细化工国家重点实验室教授。主要从事太阳能分解水领域的研究，致力于发展能源光催化材料的可控合成与集成组装方法，建立微纳米结构、能带结构、电荷传输与催化性能之间的构效关系，实施太阳能光催化体系在光能、电能与化学能之间的高效转换，实现高效太阳能转化。至今已在Angew. Chem. Int. Ed. (1篇，IF=11.994)、Energy Environ. Sci. (3篇，IF=29.518)、Adv. Energy Mater. (2篇，IF=16.721)、Adv. Funct. Mater. (1篇，IF=12.124)、Nano Energy (4篇，IF=12.343)等国际刊物上发表论文70余篇(其影响因子IF>29的3篇，IF>10的11篇)，被Chem. Rev.、Nat. Mater.、Prog. Mater. Sci.、Nano Today、J. Am. Chem. Soc.、Adv. Mater.、Adv. Energy Mater.等国际期刊引用1696次，H指数为30。主持国家自然科学基金面上项目(2项)和青年基金项目(1项)、教育部高校博士点基金项目、中国博士后科学基金面上项目(一等资助)等。2014年入选北京高等学校“青年英才计划”，2017年入选大连理工大学星海优青人才培育计划的资助。在重要国际和国内学术会议上多次进行邀请报告；自2017年担任《Journal of Energy Chemistry》青年编委以及Angew. Chem. Int. Ed.、Energ. Environ. Sci.、Adv. Mater.、Adv. Energy Mater.、Adv. Funct. Mater.、Nano Energy、ACS Nano、ACS Catal.、Small、Appl. Catal. B.、ACS Appl. Mater. Interfaces等国际期刊审稿人。


侯军刚
基本信息Personal Information
教授 硕士生导师
性别：男
毕业院校：天津大学
学位：博士
在职信息：在职
所在单位：精细化工国家重点实验室
学科：精细化工 功能材料化学与化工
办公地点：大连理工大学西部校区精细化工国家重点实验室E-221
联系方式：0411-84986487
电子邮箱：jhou@dlut.edu.cn

教育经历Education Background
2007.32010.6天津大学博士
2004.92007.3天津大学硕士
2000.92004.7陕西科技大学学士
工作经历Work Experience
2018.1至今大连理工大学教授
2015.92018.1大连理工大学特聘研究员
2014.12015.9日本东北大学特别研究员
2010.72015.6北京科技大学师资博士后-副教授
研究方向Research Focus
主要从事太阳能分解水领域的研究，致力于发展能源光催化材料的可控合成与集成组装方法，建立微纳米结构、能带结构、电荷传输与催化性能之间的构效关系，实施太阳能光催化体系在光能、电能与化学能之间的高效转换，实现高效太阳能转化。
社会兼职Social Affiliations
自2017年担任《Journal of Energy Chemistry》青年编委以及Angew. Chem. Int. Ed.、Energ. Environ. Sci.、Adv. Mater.、Adv. Energy Mater.、Adv. Funct. Mater.、Nano Energy、ACS Nano、ACS Catal.、Small, Appl. Catal. B.、ACS Appl. Mater. Interfaces等国际期刊审稿人。
科研项目
微纳结构氮(氧)化物异质半导体阵列的构筑和光化学还原CO2的研究, 国家自然科学基金项目, 2016/08/17, 进行
微纳结构钽基异质复合阵列的构筑、界面调控及光电化学性能研究, 国家自然科学基金项目, 2014/09/18, 进行

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  高效光/电化学分解水的能源催化材料

随着社会经济的快速发展，化石能源的过度消耗，导致了全球性的能源和环境危机。为探索新能源的可持续发展，光/电化学分解水是从根本上解决能源危机和环境污染的理想途径之一。近期，精细化工国家重点实验室孙立成院士团队的侯军刚教授在此领域取得了一系列创新研究成果。

为了解决半导体材料的电子空穴传输和分离问题，他们共同开发了二维介孔In2O3–x/In2S3原子层异质结光电极，其光阳极在1.23 V vs RHE电位下达到了1.28 mA cm-2的光电流密度，相比于单一In2S3以及块体In2S3均有了大幅度的提高。通过瞬态吸收光谱的表征表明In2O3–x/In2S3原子层异质结相比于单一In2S3原子层的激发电荷寿命得到了很大地提高，从而证明了In2S3和In2O3–x界面间的有效电荷转移。密度泛函理论计算表明In2S3和In2O3–x原子层的电子结构均发生了很大的变化，证明了异质界面间的强力耦合，从而保证了高效的界面间电荷传递(Adv. Energy Mater. 2018, 8, 11701114; Adv. Energy Mater. 2017,7, 1700171; Nano Energy, 2017, 32, 59).

为了解决电催化材料的电荷传输问题，他们构筑了由氮掺杂碳层，铜钴合金和缺陷态铜钴氧化物半导体复合阵列，其NC/CuCo/CuCoOx核壳阵列在碱溶液中均表现出了优异的电催化析氧和析氢性能，仅需要190 mV过电势达到10 mA cm-2的析氧电流以及112 mV过电势达到10 mA cm-2的析氢电流。更重要的是，将这种复合体阵列电极分别作为阳极和阴极进行全分解水反应时，仅需1.53V的电压便能够达到10 mA cm-2的电流密度并能在高电流密度下稳定长时间工作 (Adv. Fun. Mater. 2018, 28, 1704447; Small2017, 13, 1702018).

为了优化双金属硫化的电催化性能，研究人员利用双金属氧酸盐为前驱体合成了氧镶嵌的双金属异质硫化物纳米片阵列来进行高效的HER和OER反应。其氧镶嵌的O-CoMoS表现出最优的电催化性能，仅分别需要97mV和272mV过电势便能达到10mA cm-2的HER和OER电流密度。在两电极分解水体系中，O-CoMoS异质纳米片分别作为阳极和阴极能够在1.6V电压下达到10mA cm-2的电流密度。这项工作为开发新型高效电催化剂提供了一种新颖、有效的研究思路(ACS Catal. 2018, 8, 4612).

该系列研究工作得到了国家自然科学基金和大连理工大学“星海学者”人才培育计划的资助支持。

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侯军刚&孙立成综述：合理设计纳米阵列结构用于电催化水分解

电催化水分解被认为是推动可持续能源如太阳能从电能向清洁氢燃料转变的一项切实可行的战略。为了实现大规模的氢气制备，开发低成本、富土、高效、稳定的电催化剂至关重要。在这些电催化剂中，由于较大的表面积，丰富的活性位点以及电催化剂和基板之间的协同效应，已经证明在导电基底上生长的替代结构阵列对水分解具有高效性。

近日，大连理工大学侯军刚教授和瑞典皇家工学院孙立成教授综述了纳米阵列结构在电催化应用中的进展，总结了不同纳米阵列的类别以及电催化剂可靠、通用的合成方法。特别强调了通过组件操纵，异质结构调节和空位工程来提高结构阵列的电催化活性和稳定性的有前景的策略。在理论模拟和原位识别方面，还讨论了电子结构优化，中间体吸附促进和协同环境改善的内在机理分析。最后，在能量转换领域中提供了结构阵列朝着卓越电催化性能的宝贵方向和有希望的途径所面临的挑战和机遇，促进了有前景的水分解系统的发展。该成果近日以题为“Rational Design of Nanoarray Architectures for Electrocatalytic Water Splitting”发表在知名期刊Adv. Funct. Mater.上。

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利用太阳能实现高效光电催化分解水制氢，已经成为解决当今所面临的能源和环境问题最理想的技术途径之一。光电化学反应过程涉及光吸收、电荷分离和表面反应性等关键问题。在不同的光电体系中，金属氧化物阵列因其合适的带隙能量、良好的带边位置和较低的成本被认为是光电分解水的候选材料。通过结构调制、缺陷构建和异质结构工程优化其光电效率和稳定性。通过负载合适的析氧助催化剂(OECs)进行表面改性，被认为是优化BiVO4光阳极PEC活性的可行方法。通常，OECs可以钝化表面缺陷，加速表面水氧化的反应动力学，从而促进PEC系统中的电荷分离与传输。迄今为止，金属氧化物和金属氢氧化物通常被作为BiVO4光阳极的OECs，通过抑制表面电荷的复合来提高PEC活性。然而，OECs与光阳极之间的界面相互作用对BiVO4上光生电荷分离和传输的影响一直被忽视。因此，为了增强PEC水分解性能，设计稳定的OECs/BiVO4光阳极至关重要。

        为了精确地调控电荷传输，在光电系统中构筑电荷转移层被认为是一种很有前景的策略。通常，电荷传输层能够促进光生电荷从光阳极到OEC的高效转移，延长光阳极表面的空穴捕获寿命。大连理工大学精细化工国家重点实验室侯军刚教授团队在BiVO4半导体阵列表面构筑MoOx/MXenes空穴传输层，并沉积超薄析氧助催化剂，实现了BiVO4 光阳极光电特性的显著提升，并阐述了其在光电析氧反应过程中的作用机制，为构建高效、稳定的光电催化体系提供了新的实验和理论支持。
        侯军刚教授团队在期刊Angewandte Chemie International Edition上发表题为”Engineering MoOx/MXene Hole Transfer Layers for Unexpected Boosting Photoelectrochemical Water Oxidation” 的研究文章(Angew. Chem. Int. Ed. 2022, e202200946)。将零维MXene量子点(MQD)或二维MXene纳米片(MN)组装在BiVO4阵列上，在MXene基础上组装了MoOx层，然后将超薄羟基氧化物作为析氧助催化剂(OEC)组装在MoOx/MXene/BiVO4阵列上，构筑了集成OEC/MoOx/MQD/BiVO4光电极。相比较，所制备的OEC/MoOx/MQD/BiVO4光阳极，不仅在1.23V vs. RHE下实现了5.85mA cm-2的电流密度，而且显著提高了光稳定性。通过电化学分析和密度泛函理论计算，光电水氧化活性的显著提高归因于MoOx/MQD空穴转移层，其延缓光生电荷复合，促进空穴转移和加速水分解动力学，实现了BiVO4光阳极高效的光电分解水活性和稳定性。该工作通过在光阳极表面构建高效、稳定的空穴传输层和助催化剂，实现了光电活性的显著提升，并且阐述了其在光电析氧反应过程中的作用机制，为光电极的开发和应用提供了新思路和策略。
         论文第一作者为大连理工大学宋雨柔、张肖萌和张艳雪，通讯作者为侯军刚教授。
         文章链接https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202200946.