近期，中国石油大学（华东）碳新材料团队在能量转换与存储领域取得了一系列进展。相关研究成果已发表在Angewandte Chemie International Edition、Advanced Functional Materials、ACS Nano、Matter等顶级化学与材料上。在学术期刊上，中国石油大学（华东）是首个签约单位和传播单位。这一系列工作紧紧围绕国家能源发展战略，对传统能源效率发展和新能源技术开发中的关键科技问题进行前瞻性研究，以提高石化资源利用效率，优化能源利用效率。能源结构，推进传统能源和新能源。为公司的协同发展做出了积极贡献。

题为“Fe/Fe3C Boosts H2O2 Utilization for Methane Conversion Overwhelming O2 Generation”（Fe/Fe3C Boosts H2O2 Utilization for Methane Conversion Overwhelming O2 Generation）成果发表于化学领域顶级期刊Angewandte Chemie International Edition ，并被选为封面文章，2018级研究生邢毅为第一作者，吴文亭教授和吴明波教授为共同通讯作者。

图 1 FeNx/C 碳基光催化剂性能控制及产物分布

为了扩大天然气等优质能源的应用领域，将主要成分甲烷直接选择性氧化成更易于运输的液态产品是一种很有潜力的方式，可以大大摆脱对石油的依赖。但甲烷碳氢键的对称四面体结构特别稳定，在温和条件下难以活化转化。针对这一问题，新型碳材料团队开发了一种新型的FeNx/C碳基光催化剂。通过调节内部FeNx自旋态和Fe/Fe3C含量，可在常温常压下实现高达18%的甲烷转化率。液体产物的选择性达到96%，其中主产物甲酸的收率可达4659 μmol·g cat-1，选择性高达90%（图1）。该结果是在常温常压下 H2O2 光催化体系中甲烷选择性氧化为甲酸的最高报道活性。

题为“V“Bridged”Co-O to Eliminate Charge Transfer Barriers and Drive Lattice Oxidation during Water-Splitting”的结果（V“Bridged” Co-O to Eliminate Charge Transfer Barriers and Drive Lattice Oxidation during Water-Splitting- Splitting)发表在该领域顶级期刊Materials On Advanced Functional Materials上，李中涛教授为第一作者，李中涛教授和吴明波教授为共同通讯作者。

图2 Co-V-O桥键提高电解水性能的机理

氢气具有能量密度高、使用过程无污染、无温室气体排放等优点。是推动能源技术革命的重要能源载体。电解水制氢技术是氢循环中的关键环节，但普通电催化剂载流子传输过程缓慢，使得电解水制氢效率低下，难以满足应用要求。有鉴于此，该团队提出在廉价的CoO电催化剂中引入Co-VO桥键，通过自旋翻转跳跃过程降低电荷传输能垒，提高电催化水分解性能，如图2所示。含有Co-VO桥键的催化剂可以生长在不同的导电基材上，使得这种催化剂具有极高的实用价值。

化学工程学院2018级博士生赵慧霞在国际知名学术期刊Advanced Functional Materials上发表题为《Boosting the Pseudcapacitive and High Mass-Loaded Lithium/Sodium Storage through Bonding Polyoxometalate Nanoparticles on MXene Nanosheets》的论文中国石油大学（华东）为本文第一作者，胡涵教授、吴明波教授为共同通讯作者。

图 3. 杂多酸和 MXene 的复合结构提高了赝电容器锂/钠存储在高负载容量下的性能

发展光伏、风电等清洁电能是优化能源结构的重要手段。这些间歇性电能的有效利用迫切需要高性能的电化学储能系统，尤其是具有高能量密度和高功率密度的储能系统。 .在此趋势下，赝电容负极材料的发展成为储能材料的热点。杂多酸簇具有接受和储存多个电子的能力，被称为“电子海绵”。它们是近年来受到广泛关注的新型锂/钠存储材料。此外，杂多酸簇的颗粒结构高度可调，易于实现赝电容特性。但杂多酸电极材料只能在低负载下实现高容量和高倍率；此外，杂多酸不稳定，在电化学锂/钠储存过程中容易破坏结构。如何在高负载下利用杂多酸结构可调和丰富的氧化还原特性，同时提高其稳定性仍然充满挑战。新碳材料团队全面分析了杂多酸的生长过程，提出在杂多酸制备的弱酸性条件下引入MXene诱导杂多酸前驱体离子的吸附、杂多酸的成核和可控生长;酸和MXene之间的化学键增强了杂多酸的稳定性，利用MXene和杂多酸原位组装形成的复合结构来协调电子传导和离子传输；基于杂多酸和MXene之间的协同作用，负载下的高伪电容器锂/钠存储（图3），构建的锂离子电容器和钠离子电容器都表现出优异的性能。

在纳米材料领域发表了题为“Intrinsic Defect-Rich Hierarchically Porous Carbon Architectures Enabling Enhanced Capture and Catalytic Conversion of Polysulfides”（Intrinsic Defect-Rich Hierarchically Porous Carbon Architectures Enabling Enhanced Capture and Catalytic Conversion of Polysulfides）的成果ACS Nano顶级期刊，中国石油大学（华东）化工学院2019级博士生管璐为论文第一作者，胡涵教授和吴明波教授为论文共同作者——通讯作者。

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