周苇

女， 北京航空航天大学化学学院， 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 包头钢铁学院，冶金与材料学院，学士学位
2003.09–2006.04 北京航空航天大学，材料科学与工程学院，硕士学位（导师：郭林教授）
2006.09–2009.12 北京航空航天大学，化学与环境学院，博士学位（导师：郭林教授）
2010.01–2013.07 北京航空航天大学，化学与环境学院，讲师
2012.04–2013.04 美国伊利诺伊州立大学香槟分校(UIUC)，访问学者
2013.07–2017.07 北京航空航天大学，化学与环境学院，副教授（2015年博导）
2017.07– 今 北京航空航天大学，化学学院，教授

研究领域和兴趣

铁系纳米能源与催化材料

主要业绩

申请人针对国家“清洁低碳、高效安全”的能源发展战略，以过渡金属化合物为研究对象，开展了能源转化与存储的基础研究，即电能高效转化为氢能（化学能）电催化材料及高效储能材料的研究。通过纳米界面耦合与界面优化的精细手段，调控了复合材料与电化学过程中间体的吸附能，研制出系列高性能低成本的电催化材料。在纳米界面催化与储能的基础研究领域形成了课题组的特色。主要学术成绩如下：
（1）电解水制氢是规模制备绿氢的常用手段，但过电位通常高达0.6V以上，能耗大，制氢成本高。并且制氢常用铂催化剂，材料成本也极高。通过界面耦合优化材料表面电子结构，发展了大幅度提升电催化材料能量转化效率的新途径。
如通过构筑PtNi单晶颗粒与Ti3C2Tx MXene的异质界面来优化催化剂的活性和稳定性。尤其是在过电位为70 mV时，该催化剂的质量活性为6.31 mA μg Pt-1，是商业Pt/C催化剂的7.1倍，也优于近期报道的大多数Pt基析氢（HER）催化剂。另外，在酸性和中性电解液下，该电催化剂也表现出优异的全pH值HER性能（Appl. Catal. B-Environ. 2021, 291, 120100）。并且，我们用价格为Pt的1/25的Ru作为替铂催化剂，通过引入三重界面的方法，即提高了Ru原子经济性也同时减缓了Ru的溶出不稳定性。该催化剂在过电位为100 mV时，质量活性为0.79 mA µgRu−1，为无界面的Ru纳米颗粒的36倍（Adv. Funct. Mater. 2023, 2212514）。甚至可以用低成本Ni基材料替代商用Pt催化剂，通过引入异质晶相界面，研制出系列低成本镍磷化合物析氢催化剂，具有接近100%的法拉第效率；全水解过电位降至0.25 V，有效地降低了能耗。在1 M KOH中，当电压为1.48 V时即可达到10 mA·cm−2的电流密度，即此装置可被为1.5 V的AAA电池驱动。这种界面电荷转移的研究为设计高效多相催化剂提供了理论支撑，该工作发表在材料领域重要国际刊物Adv. Mater.上（Adv. Mater. 2008, 30, 1803590）。在此基础上，继续将镍基磷化物负载到异质界面上，通过调节过渡态中中间体的吸附能，从而大大降低产氢限速步的动力学能垒（Ea）。从宏观、微纳米和原子尺度上分别揭示了界面可将此体系的动力学能垒降低约16.0 ~ 22.1%。此外，MXenes的光热效应使得阳光直射即可提升催化效率，实际场景中的应用也显示利用光热可直接达到降低能耗的目的（ACS Nano 2022, 16, 11049）。
（2）过渡金属化合物作为一类低成本高容量储能材料广受关注，但存在导电性差、结构不稳定、寿命低等瓶颈。基于纳米结构的界面调控，引入导电和结构支撑的双功能骨架，构造三维电子传输网络，提升复合材料的导电性及结构稳定性，最终实现了材料优异的长循环性能及倍率性能，制备了一系列高能量密度、快速充电型储能器件，有望为5G时代智能化高度集成化微型器件提供关键储能材料。
如我们以1~3个原子层厚度的MXene片为基板，覆盖其上生长三维不规则蜂窝状结构的NiCo-LDH，此材料倍率性能在150 A g-1的电流密度下可达126 mAh g-1，是纯相氢氧化物的5.7倍，即使在300 A g-1的电流密度下也能达到92 mAh g-1。研究表明界面大大提高了外层LDH的电导率和反应动力学。本工作提供了利用界面设计开发高性能超级电容器电极材料的可行途径（Energy Stor. Mater. 26, 2020, 472）。此外，基于Ti3C2Tx-MXene原位生长富氧缺陷的非晶态Ti-O低价化合物，第一性原理计算揭示其具有Na+扩散优势；同时该复合材料具有扩大的MXene层间距和增强的电导率，均优化了嵌入型负极性能。增强的电子/离子传导的协同效应使得在30 A g-1下仅需20秒就能完成充/放电过程且获得144.5 mAh g-1的比容量。这项研究为提高动力学和开发快充钠离子电池提供了可行路径（Adv. Funct. Mater., 2023, 2215228）。此外，因为硫修饰的Ti3C2 MXene对多硒化钠具有高的结合能，即它对中间体有更好的吸附和限制能力。于是我们将负载硒纳米颗粒的硫修饰的多孔MXene用作钠硒电池的正极，它在20 A g-1的高电流密度下仍具有高的可逆容量（664 mAh g-1）且具有长循环稳定性。硫改性多孔MXene具有良好的电化学性能，能有效吸附多硒化物，并能有效缓解钠脱嵌过程中的体积膨胀。这项工作为高容量、长寿命、快充型钠硒电池负载材料的设计提供了思路（Adv. Mater., 2021, 2008414）。

代表成果

1. Guozheng Li, Tong Sun, Hua-Jie Niu, Yu Yan, Tong Liu, Sisi Jiang, Qinglin Yang, Wei Zhou*, Lin Guo, Triple Interface Optimization of Ru-based Electrocatalyst with Enhanced Activity and Stability for Hydrogen Evolution Reaction, Adv. Funct. Mater., 2023, 2212514.
2. Chengxing Lu, Xingyu Li, Ronghui Liu, Hua-Jie Niu, Qingyan Wang, Tingjiao Xiao, Jianjun Liu*, Hua Wang, Wei Zhou*. Optimized Ti-O Subcompounds and Elastic Expanded MXene Interlayers Boost Quick Sodium Storage, Adv. Funct. Mater., 2023, 2215228.
3. Mingzhe Li, Hua-Jie Niu, Yilong Li, Jiawei Liu, Xiayuan Yang, Yuzhen Lv*, Kepi Chen, Wei Zhou*. Synergetic Regulation of CeO2 Modification and (W2O7)2- Intercalation on NiFe-LDH for High-Performance Large-Current Seawater Electrooxidation, Appl. Catal. B: Environ., 2023, 330, 122612.
4. Hua-Jie Niu, Yu Yan, SiSi Jiang, Tong Liu, Tong Sun,* Wei Zhou,* Lin Guo, and Jinghong Li, Interfaces Decrease the Alkaline Hydrogen Evolution Kinetics Energy Barrier on NiCoP/Ti3C2Tx MXene, ACS Nano 2022, 16, 11049−11058.
5. Liu, Tong; Li, Anran; Zhou, Wei*; Lyu, Chaojie. Hierarchical nano/micro/macro-assembled integrated electrode with high-performance water electro-oxidation. Chem. Eng. J., 2021, 415, 128941.
6. Yu Yan, Rongzun Zhang, Yadong Yu, Zhimei Sun*, Renchao Che, Bin Wei, Alec P. LaGrow, Zhongchang Wang, Wei Zhou*, Interfacial optimization of PtNi octahedrons@Ti3C2 MXene with enhanced alkaline hydrogen evolution activity and stability. Appl. Catal. B-Environ., 2021, 291, 120100.
7. Chengxing Lu, Anran Li, Guozheng Li, Yu Yan, Mengyang Zhang, Qinglin Yang, Wei Zhou*, Lin Guo. S-Decorated Porous Ti3C2 MXene Combined with In Situ Forming Cu2Se as Effective Shuttling Interrupter in Na-Se Batteries. Adv. Mater., 2021, 2008414.
8. C. Lu, A. Li, T. Zhai, C. Niu, H. Duan, L. Guo, W. Zhou*, Interface design based on Ti3C2 MXene atomic layers of advanced battery-type material for supercapacitors. Energy Stor. Mater., 2020, 26, 472-482.
9. Liu, Tong; Li, Anran; Wang, Chengbo; Zhou, Wei*; Liu, Shijie; Guo, Lin. Interfacial electron transfer of Ni2P-NiP2 polymorphs inducing enhanced electrochemical properties, Adv. Mater., 2018, 30(46): 1803590.
10. 周苇（译），石墨烯表面功能化，国防工业出版社，2019，北京.

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