宋术岩

男， 中国科学院长春应用化学研究所， 教授/研究员/教授级高工或同等级别

学习/工作经历

1999.09--2003.07 东北师范大学，化学教育，本科，学士
2003.09--2006.07 东北师范大学无机化学 硕士研究生
2006.06--2010.03 中国科学院长春应用化学研究所 无机化学博士研究生
2010.04--2012.12 中国科学院长春应用化学研究所 助理研究员
2013.01--2016.12 中国科学院长春应用化学研究所 副研究员
2017.01-- 至今 中国科学院长春应用化学研究所 研究员

研究领域和兴趣

稀土催化

主要业绩

氢能兼具二次能源与高效储能载体的双重角色，被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源。实现氢能高效制备和利用的关键是开发高性能的催化材料。水分解产氢是目前较为理想的制氢技术，但是许多催化材料活性差产氢效率低；精细化工是氢能利用的重要领域之一，同样许多催化材料选择性差副反应多，并且稳定性低。因此，如何通过精确调控催化材料的微观结构（空间结构和电子结构）实现表界面态的剪裁，进而提升催化性能是该领域面临的关键科学问题之一。
宋术岩研究员依托中国科学院长春应用化学研究所稀土资源利用国家重点实验室，主要从事纳米催化材料的功能导向设计合成及性能调控的研究。针对纳米催化材料微观结构及表界面态精细调控科学问题，围绕氢气制备和氢能在精细化工领域的应用，制备了高性能贵金属@CeO2、过渡金属氧化物、碳基非金属复合催化材料，主要成果如下：
代表性成果一、合成方法创新：以提高催化材料三性（活性、选择性、稳定性）为导向，创新性地开发和拓展了多种制备催化材料的化学合成方法，精细调控了催化材料的组成和结构，制备了系列高性能催化材料，并以此为基础，指导设计合成氢能相关高效纳米催化材料。1.1提出利用热稳定的CeO2载体封装Pd纳米颗粒策略。采用L-精氨酸作结构导航剂，诱导了CeO2纳米晶在Pd纳米粒子表面的可控自组装行为，制备了一系列高质量的Pd@CeO2核壳纳米材料。该复合催化材料在催化还原NOx的反应中表现了尺寸和晶面依赖效应的催化性能。1.2开发了配位聚合物自牺牲模板合成策略，通过控制模板刻蚀速率成功制备了多壳层多孔结构的Au纳米球，结构特性促进了底物分子的扩散速率，并提供丰富的活性位点，大幅提升了贵金属利用效率。在可见光辅助下对硝基苯乙烯选择性催化加氢反应中，实现了通过Au壳层数调控对硝基苯乙烯加氢反应的催化活性和选择性。
代表性成果二、氢气高效制备：通过制造多级次孔道，精细调控了催化材料空间结构，引入了高活性边界位点，提高了材料表面活性位密度，开发出多种新型碳基及混合过渡金属氧化物高性能催化材料。2.1提出多孔化策略，以体相g-C3N4为自牺牲模板，通过控制锻烧条件，制备了系列超薄多孔g-C3N4纳米片，增加了新的活性边缘并调控了带隙，加快了光生电子和空穴的传导速率，提高了可见光的利用率，在光解水制氢以及污染物降解中表现出了卓越的催化性能。2.2选取Co、Zn、Fe基等MOFs材料作为自牺牲模板，设计合成了具有多组分复杂中空结构的电极材料。中空结构有效提升了催化材料空间利用效率，内表面提供了额外的反应活性位点，并缩短了电子传输距离，提高了电导率，进而增加了比活性，该材料在电催化析氧反应中表现出显著减小的过电位与塔菲尔斜率。
代表性成果三、氢能在精细化工中的应用：可控制备了CeO2封装贵金属复合物，通过构筑多组分强耦合界面诱导异质组分间的协同作用，精细调控了界面电子结构，在兼顾高催化活性的同时优化了催化选择性，并且由于CeO2的保护作用，大幅提升了贵金属的耐久度。3.1设计了自氧化还原和弱酸离子刻蚀相结合的合成路线，实现了具有核壳或蛋黄结构的Au@CeO2纳米结构的可控制备，在H2分子活化催化硝基苯加氢反应中，实现了通过调控Au-CeO2杂化结构选择性制备不同目标产物的目的。3.2提出构建复杂核壳结构的解决思路，以双金属活性中心代替单一贵金属，并利用CeO2对贵金属组分进行封装保护。结合自氧化还原合成路线、模板生长法和氧化还原刻蚀等方法，成功制备了CeO2封装的双金属核壳材料。双金属之间存在电子传输，直接影响H2分子的解离方式，改变了反应路径，实现了对催化反应选择性的调控。并且，由于外层CeO2对内部贵金属核的保护作用，该催化材料表现出显著增强的催化耐久度。
研究工作丰富了人们对纳米催化材料组成结构与其催化性能的构效关系、演变规律以及杂化复合材料耦合增强效应的理解，为设计合成新型高效催化材料提供了科学依据与技术支持。研究工作近5年发表70余篇SCI论文（第一作者/通讯），包括Angew. Chem. Int. Ed. 6篇，Chem 2篇，Adv. Mater. 7篇，Adv. Energy Mater. 6篇，Chem. Sci. 5篇，ACS Catal. 1篇，Chem. Soc. Rev. 2篇等，7项工作被ChemistryViews和MaterialsViewsChina做亮点报道，10篇论文入选ESI前1%“高被引论文”。2021年受聘《应用化学》常务副主编；2018年获中国石油和化学工业联合会科学技术一等奖（排名第二）；2015年获中国科学院杰出科技成就集体奖（主要完成者）；2009年获吉林省自然科学学术成果一等奖（排名第一）；入选中国稀土2019年度十大科技新闻；2015年首批入选中国科学院青年创新促进会优秀会员；2018年入选中国化学会青年化学工作者委员会委员；2020年获国家自然科学基金委杰出科学青年基金支持。

代表成果

1. Wang, X.; Song, S. Y.; Zhang, H. Y.*, A redox interaction-engaged strategy for multicomponent nanomaterials. Chem. Soc. Rev. 2020, 49 (3), 736-764. DOI: 10.1039/c9cs00379g
2. Zhou, X.; Li, K.; Lin, Y. X.; Song, L.; Liu, J. C.; Liu, Y.; Zhang, L. L.; Wu, Z. J.; Song, S. Y.*; Li, J.; Zhang, H. J., A Single-Atom Manipulation Approach for Synthesis of Atomically Mixed Nanoalloys as Efficient Catalysts. Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59 (32), 13568-13574. DOI: 10.1002/anie.202004945
3. Song, S. Y.; Li, K.; Pan, J.; Wang, F.; Li, J.; Feng, J.; Yao, S.; Ge, X.; Wang, X.*; Zhang, H.*, Achieving the Trade-Off between Selectivity and Activity in Semihydrogenation of Alkynes by Fabrication of (Asymmetrical Pd@Ag Core)@(CeO2 Shell) Nanocatalysts via Autoredox Reaction. Adv. Mater. 2017, 29 (8), 1605332. DOI: 10.1002/adma.201605332
4. Song, S. Y.; Liu, X.; Li, J.; Pan, J.; Wang, F.; Xing, Y.; Wang, X.*; Liu, X.; Zhang, H.*, Confining the Nucleation of Pt to In Situ Form (Pt-Enriched Cage)@CeO2 Core@Shell Nanostructure as Excellent Catalysts for Hydrogenation Reactions. Adv. Mater. 2017, 29 (28), 1700495. DOI: 10.1002/adma.201700495
5. Li, J.; Long, Y.; Liu, Y.; Zhang, L. L.; Wang, Q. S.; Wang, X.; Song, S. Y.*; Zhang, H. J., Robust Synthesis of Gold-Based Multishell Structures as Plasmonic Catalysts for Selective Hydrogenation of 4-Nitrostyrene. Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59 (3), 1103-1107. DOI: 10.1002/anie.201910836
6. Wang, H. G.; Wang, H. D.; Si, Z. J.; Li, Q.; Wu, Q.; Shao, Q.; Wu, L. L.; Liu, Y.; Wang, Y. H.; Song, S. Y.*; Zhang, H. J., A Bipolar and Self-Polymerized Phthalocyanine Complex for Fast and Tunable Energy Storage in Dual-Ion Batteries. Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58 (30), 10204-10208. DOI: 10.1002/anie.201904242
7. Wang, X.; Yu, L.; Guan, B. Y.; Song, S. Y.*; Lou, X. W.*, Metal-Organic Framework Hybrid-Assisted Formation of Co3O4/Co-Fe Oxide Double-Shelled Nanoboxes for Enhanced Oxygen Evolution. Adv. Mater. 2018, 30 (29), 1801211. DOI: 10.1002/adma.201801211
8. Li, J.; Song, S. Y.*; Long, Y.; Wu, L. L.; Wang, X.; Xing, Y.; Jin, R. C.*; Liu, X. G.; Zhang, H. J.*, Investigating the Hybrid-Structure-Effect of CeO2-Encapsulated Au Nanostructures on the Transfer Coupling of Nitrobenzene. Adv. Mater. 2018, 30 (7), 1704416. DOI: 10.1002/adma.201704416
9. Wang, H. L.; Wang, X.; Pan, J.; Zhang, L. L.; Zhao, M.; Xu, J.; Liu, B.; Shi, W. D.*; Song, S. Y.*; Zhang, H. J.*, Ball-Milling Induced Debonding of Surface Atoms from Metal Bulk for Construing High-Performance Dual-Site Single-Atom Catalysts. Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60 (43), 23154-23158. DOI: 10.1002/anie.202109356
10. Wang, F.; Song, S. Y.*; Li, K.; Li, J. Q.; Pan, J.; Yao, S.; Ge, X.; Feng, J.; Wang, X.*; Zhang, H. J., A “Solid Dual-Ions-Transformation” Route to S,N Co-Doped Carbon Nanotubes as Highly Efficient “Metal-Free” Catalysts for Organic Reactions. Adv. Mater. 2016, 28 (48), 10679-10683. DOI: 10.1002/adma.201603608

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