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AMR Account | 加拿大国立科学研究院Dongling Ma-山东大学张清哲：用于光伏和光催化的先进纳米材料和表征技术
近日，加拿大国立科学研究院（INRS）Dongling Ma教授团队和山东大学张清哲研究员的AMR述评文章“Advanced Nanomaterials and Characterization Techniques for Photovoltaic and Photocatalysis Applications”在线发表。文章围绕表面等离激元纳米材料、异质结和同质结等复合材料的设计思路和合成方法，总结了其在光伏和光催化领域的应用，讨论了团队运用先进表征和基于算法的数据分析技术揭示材料物化特性和载流子传输动力学的案例，展望了该领域所面临的挑战和发展前景。
关键词：功能纳米材料，先进表征技术，光伏，光催化 文章内容简介 太阳能是最有希望替代传统化石燃料的能源之一。近年来，虽然光伏和光催化系统等太阳能“转换器”得到了广泛的研究，但是对太阳光响应范围窄和光生载流子复合机率高等问题极大地限制了对太阳能的利用效率。先进功能纳米材料的开发对解决这些问题起着决定性的作用。例如，具有局部表面等离子体共振（LSPR）效应的纳米结构可以有效地扩展和增强光吸收；基于异质结和同质结的复合材料还可以促进光生载流子的空间分离。因此，通过负载表面等离激元纳米材料和合理设计异质结、同质结等先进复合纳米材料，能够有效地提高太阳光的捕获和转换效率。此外，通过先进的表征技术，如高空间分辨率成像和原位光谱等，我们深入了解光伏和光催化材料的构效关系，为优化先进功能材料在光能应用中提供坚实的理论基础。同时，结合理论计算和算法驱动的数据分析获得更多量化信息，能够更深入地了解纳米材料在光伏和光催化应用中的相关机理。 本篇述评首先总结我们研究团队最近在先进功能材料的合理设计方面的工作，包括表面等离激元金属、表面等离激元半导体、基于二维材料的异质结和基于MOF的同质结，以及这些纳米材料在光伏和光催化应用中的增效机制。然后，我们介绍了如何使用基于X射线、基于电子和光谱的技术对元素组成、材料结构和理化特性进行表征，这些表征技术为探索复杂纳米结构及其目标应用提供了有效的方法。此外，我们讨论了如何使用原位和时间分辨技术去研究纳米材料在光伏和光催化中的光生载流子传输动力学，简要介绍了我们工作中采用的算法和数据分析方法以辅助先进表征技术在深层次材料信息探索中的应用。最后，我们简要指出了目前光能应用所存在的挑战和问题并展望了未来的发展方向。本篇述评展示了针对各种光能应用中先进功能材料的合理设计和优化以及先进表征技术的正确利用的一些想法和方向，这可能为未来的研究提供指导和展望。 AMR：请问您选择该领域的初心是？ 作者团队： 为了降低对化石燃料的依赖，以及减少其带来的环境污染问题，新能源的开发和使用是目前很多科研人员为之奋斗的领域。太阳能是取之不尽用之不竭的绿色能源，先进功能材料的开发和设计对太阳能的利用起到了决定性的作用。合理设计基于表面等离激元、异质结和同质结的半导体材料可以解决或者改善目前传统半导体材料存在的吸收窄和电荷易复合的缺点，从而提高太阳能捕获和转化效率。 AMR：您对该领域发展有何展望？ 作者团队： 合理的材料设计可以针对性地提高材料性能和有效地提高光伏和光催化体系对光能的利用。同时，使用先进表征技术和数据驱动的分析技术可以深入的探究复杂的材料结构，光物理学性能和电荷载流子的动力学行为，从而提供了坚实的理论依据对未来材料的优化。另外，为了提高光伏和光催化体系的实际应用，科研人员应该努力提高材料的稳定性，降低材料制备成本，以及发展大规模材料制备技术。 作者团队简介 加拿大国立科学研究院 教授 Dongling Ma Dongling Ma于2004年获美国伦斯勒理工学院（RPI）博士学位，2004年至2006年获加拿大自然科学与工程研究委员会（NSERC）访问奖学金，在加拿大国家研究院工作，现任加拿大国立科学研究院（INRS）终身教授、先进功能纳米复合材料方向加拿大首席科学家（第一层次）、英国皇家化学会会士（FRSC）、国际先进材料学会会士（FIAAM）。主要研究方向包括新型、多功能纳米复合材料的开发及其能源、环境和生物医学应用。业已在Nat. Commun., JACS, Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Energy Mater., Adv. Mater., ACS Catal., ACS Nano, Adv. Funct. Mater., ACS Energy Lett., Chem. Mater.等国际知名期刊发表学术论文240余篇，总引用逾11100次，H因子62, 获授权美国发明专利5项。 山东大学 研究员 张清哲 张清哲于2020年在INRS获得博士学位后，继续在Dongling Ma和Mohamed Chaker教授的指导下进行博士后研究。现为山东大学研究员，博士生导师，山东大学“齐鲁青年学者”，山东省泰山学者青年专家，山东省优秀青年基金（海外）获得者。曾获CSC攻读博士学位奖学金、CAGS-ProQuest杰出学位论文奖、FRQNT博士研究奖、FRQNT Louis-Berlinguet研究新星奖等。研究兴趣包括环境光催化及环境光化学过程研究，业已在ACS Catal., Adv. Funct. Mater., Nat. Commun., ACS Energy Lett., Adv. Energy Mater., Chem. Mater.和Appl. Catal. B-Environ.等主流期刊发表学术论文45篇，撰写书章节1篇，申请美国和国际专利1项，获授权中国发明专利4项。 加拿大国立科学研究院 博士研究生 余婷 余婷在四川大学获得应用化学学士学位（2014 年）和有机化学硕士学位（2017年）。目前在加拿大国家国立科学研究院（INRS）Dongling Ma教授指导下攻读博士学位。主要的研究方向是有机太阳能电池的制备和相关应用，以及先进表征在光伏领域的应用。 加拿大国立科学研究院 博士研究生 何琬婷 何琬婷在北京航空航天大学材料科学与工程学院获得学士学位（2016）和在南加州大学获得材料工程硕士学位（2018）。现在加拿大国立科学研究院（INRS）Dongling Ma教授和Aycan Yurtsever教授指导下攻读博士学位。主要研究方向是电子显微学及超快电子显微技术。 扫码阅读Dongling Ma教授团队和山东大学张清哲研究员的精彩Account文章： Advanced Nanomaterials and Characterization Techniques for Photovoltaic and Photocatalysis Applications Ting Yu, Wanting He, Qingzhe Zhang*, and Dongling Ma* 原文链接： 投稿指南
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