高被引科学家丨“催化蕴含着改变世界的可能性”—张铁锐教授

学者名片

张铁锐，中国科学院理化技术研究所研究员、博士生导师，中国科学院光化学转化与功能材料重点实验室主任，国内催化领域代表人物。

张铁锐教授介绍

“最有价值的科研成果一定是咬定青山不放松的拼搏得到的。”对于科研者应该具有的品质，张铁锐教授这样说道。

科研经历

张铁锐教授，于1994年入学吉林大学化学系，也就是在这一年开始化学学习之路，并于1998年取得理学学士学位，于2003年取得吉林大学有机化学博士学位。同年，张铁锐进入德国马普胶体界面研究所胶体系，跟从Prof. Markus Antonietti和lProf.Charl F. J.Faul研究组研究杂多金属氧酸盐的组装及其光电性能。2004年10月加入加拿大国家纳米研究所&阿尔伯塔大学化学系Prof.Hicham Fenniri研究组，从事具有SERS活性的条形码树脂的制备及其作为传感器的研究。2005年8月出站后进入美国阿肯色大学化学与生物化学系Prof.Z.Ryan Tian研究组，从事氧化锌和二氧化钛纳米材料及光催化应用的研究，并于2007年1月出站。之后于2007年2月进入美国加州大学河滨分校化学系和化工系Prof. YadongYin和Prof.Yushan Yan研究组，从事介孔空心纳米材料的制备及催化应用研究，于2009年10月出站。同年11月，回国进入中国科学院理化技术研究所，中国科学院光化学转换与功能材料重点实验室，以研究员、中科院特聘研究员、博士生导师的角色从事能源纳米催化材料研究至今。

研究领域

主要从事能量转换纳米催化材料方面的研究。目前主要针对光催化合成太阳能燃料及高附加值化学品开展相关研究工作。近年来一些高效非贵金属光催化剂，特别是水滑石基光催化材料的发现极大地激发了张教授团队对于这一科学领域的研究兴趣。众所周知,水滑石是一种由带正电荷的主体层板和层间阴离子通过非共价键相互作用形成的二维晶体材料。它具有主体层板化学组成可调控，层间阴离子电荷和数量可调节等突出特点。

近年来，张教授及其团队利用水滑石基光/电纳米催化材料，从构建高效的表界面活性位这一角度出发，主要在以下三个方面开展了相关工作:1)通过可控合成水滑石超薄纳米结构研究表面缺陷对反应分子的吸附与活化;2)通过构筑水滑石基催化材料界面结构调控中间物种反应路径;3)采用介孔SiO封装策略强化活性位，保证催化剂稳定运行并富集反应分子。未来，还将在原子尺度、纳米尺度及介观尺度等多尺度构建及调控包括水滑石基催化材料在内的非贵金属光催化材料的表界面活性位，以期待进一步提升太阳能燃料及高附加值化学品催化合成中的活性及选择性。同时,张教授表示，其团队也将致力于发展更多高效的非贵金属光催化剂，并利用多能量耦合如光热协同催化、光电协同催化等手段进一步拓宽其应用价值，在基础研究成果产业化方面作初步尝试。

注：

光催化：致力于开发新型高效的可见光驱动光催化剂，包括0D（CdS-QDs、CQDs等）、2D（层状双金属氢氧化物、层状Nb氧化物、ZnInS纳米片等）和3D（纳米囊泡或微孔等），来解决能源短缺和环境污染的问题。此外，也广泛利用理论计算，以充分探索结构-性质关系。通过这种方法，这些催化剂能够通过光催化水分解制氢、CO 2 还原制燃料及N 2 还原合成氨过程，将太阳能转化为化学能。

电催化：专注于开发和设计新型、高效、稳定的电催化剂，包括金属、金属氧化物、金属氮化物、层状双金属氢氧化物和掺杂碳，以高效催化ORR、HER和OER等反应，进而助力水分解、燃料电池等能量存储和转换技术的发展。此外，也广泛应用计算模拟手段，理解结构-性质之间的关系，以预测新型催化材料的活性。

主要研究成果

围绕氢的高效清洁制备和利用中纳米催化材料的多尺度结构与性能关系开展了系列研究。采用实验和理论计算相结合的方法，从纳米催化材料的微观结构入手，通过调控催化材料的尺寸、形态、表界面结构，引入表面缺陷位等，提升对反应分子的吸附活化，从而提高催化活性；进一步设计了纳米异质结构（超薄异质纳米片等），通过调控不同组分间的界面电子结构，达到对中间物种的选择性吸附，实现了对催化反应选择性的调控；在此基础上，通过“介孔SiO2封装保护”手段对纳米催化材料进行有效限域，解决了催化材料在高温和实际反应条件下易烧结团聚导致活性降低乃至失活等问题，获得了高效稳定的高分散纳米催化材料，实现了对纳米催化材料稳定性的强化。通过揭示太阳能光催化分解水制氢、光催化加氢合成及氢燃料电池中纳米催化材料的电子结构、多尺度微结构、表界面状态等与催化性能之间的构效关系，为设计高性能纳米催化材料提供了新途径。

在Nat. Catal., Nat. Commun., Adv.Mater., Angew. Chem., JACS等期刊上发表SCI论文300余篇，被引用31000多次，H指数99，2018-2022连续5年入选科睿唯安“全球高被引科学家”榜单（材料科学，化学）；授权国家发明专利39项，在国际会议上做特邀报告40余次。2017年当选英国皇家化学会会士。曾获国家基金委“杰青”、英国皇家学会高级牛顿学者、德国“洪堡”学者基金等资助、以及NanoResearch Young Innovators Award in NanoEnergy 2019和中国感光学会青年科技奖等奖项。兼任Science Bulletin副主编以及Advanced Energy Materials, Advanced Science, Solar RRL, Scientific Reports, Materials ChemistryFrontiers, ChemPhysChem, Carbon Energy, Innovation, SmartMat等期刊编委。现任中国材料研究学会青年工作委员会常委，中国化学会能源化学专业委员会秘书长，中国感光学会光催化专业委员会副主任委员等学术职务。

转自：“易美云学术”微信公众号

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