催化计编辑部对全球重要科研团队2020年代表性成果进行了梳理，今天，我们要介绍的是中国科学院院士，发展中国家科学院院士、南京大学邹志刚教授。
邹志刚教授长期从事新能源及光催化材料的设计、制备、反应机理及其应用的基础研究，在新一代光催化材料等能源与环境材料的设计理论、核心制备和应用等方面做出了系统性、原创性的成果。已发表SCI科学论文600余篇，他引32000余次，连续6年入选爱思唯尔“中国高被引学者”榜单，连续2年获评科睿唯安“高被引科学家”称号。
邹志刚院士团队在国内率先开展光催化还原CO2研究，并率先实现了利用光催化材料将CO2和水转化为氧气和甲烷等碳氢化合物。在世界上首次提出“地外人工光合成”技术，实现密闭空间的废弃资源原位再生，大大降低载人空间站、载人深空飞船的物资供应需求。而且可利用火星等大气环境中丰富的二氧化碳和水原位资源生产氧气和燃料，实现人类在其它行星的地外生存，支撑可承受、可持续的载人深空探索任务。该成果将有力支撑载人航天发展，并期待在未来载人深空探索发挥重要作用。
邹志刚院士课题组部分代表性研究成果包括但不限于：
由于邹志刚院士成果颇丰，在诸多领域均有重要成果，此处仅列举其中几种，欢迎大家留言补充。
1）提出了调控光催化材料能带结构的新理论和新方法，发展了新一代可见光响应型光催化材料，拓宽了光催化材料的响应范围，实现了可见光下水的完全分解，完成了太阳能-氢能转换从“0”到“1”的技术突破；
2）构建了纳米异质结光催化材料新体系，实现了光生电子和空穴对的有效分离，显著提高量子效率和光催化性能；
3）发现了不同污染物间的协同降解新效应，筛选出可实际应用的高效光催化材料体系；
4）模拟植物光合作用实现了利用光催化材料将CO2和水转化为氧气和甲烷等碳氢燃料，拓展了光催化材料的研究领域；
5）实现了燃料电池关键材料与部件的全面国产化，突破了新型碳基钙钛矿太阳能电池最大面积最高效率的制造与认证。
有鉴于此，纳米人编辑部简要总结了邹志刚院士课题组2020年部分重要研究成果，供大家交流学习。
3）由于篇幅限制，部分成果未详细解读，仅以发表截图展示。
其中，2020年最具代表性的成果包括但不限于：
1）设计制备了一种加速非水溶液中锂介体NRR的镀金碳纤维纸催化剂
2）利用溶剂热法合成了三元异质Pt-NiNWs用作高效ORR催化剂
3）证明了亚稳态β-Fe2O3薄膜是用于太阳能水分解的有前途的光阳极材料
4）研究了半导体/法拉第层/液体结中的电荷转移机理
5）提出了一种自然激发的“应力响应”方法，用于提高荧光探针CsPbBr3@SiO2纳米粒子的水稳定性
本文主要篇幅将分为以下两个方面展开：
PartⅠ代表性成果
PartⅡ电催化
PartⅢ光催化
PartⅣ纳米医学
2020年代表性成果1
金电催化锂还原加速固氮
NH3的绿色生产，特别是非水溶液中锂介体电化学氮气还原反应（NRR）正引起人们的广泛研究兴趣。然而，关于NRR机制的争论极大地阻碍了它的优化和广泛应用。近日，为揭示其电催化过程，南京大学邹志刚院士，Cong-PingWu，姚颖方副教授报道了一种镀金碳纤维纸（Au/CP）模型催化剂,Au极大地提高了电子转移动力学以催化金属Li的形成，从而极大地加速了NRR的自发生成。该工作研究揭示了锂介体非水NRR反应的关键步骤是电催化还原锂，为锂还原提供了一种新的电催化剂设计方法。（技术详情参见本文正文）
2020年代表性成果2
溶剂热法合成三元异质Pt-NiNWs
PEMFCs的商业化仍有两个重要的问题需要解决，即氧还原反应(ORR)动力学缓慢和电极稳定性差。Pt-Ni合金对ORR具有较高的活性。但镍的溶解不利于催化剂的耐久性，甚至比铂的奥斯瓦尔德熟化更严重。以前的工作已经证明，掺杂Au可能是克服这些障碍的有效策略。然而，Au对ORR是惰性的，从而降低了电化学性能。因此，调控三元Pt-Ni-Au体系的组成和结构尤为重要。有鉴于此，南京大学邹志刚院士、刘建国教授等人合作，成功地通过简单的溶剂热法合成了具有随机分布的Pt-Ni和Pt-Au相的三元非均相Pt-NiNWs。通过综合各向异性一维非均质结构和Au掺杂的优点，三元Pt-Au-NiNWs对ORR表现出良好的电化学活性和稳定性。（技术详情参见本文正文）
2020年代表性成果3
为在水分解中使用β-Fe2O3铺平道路
从无毒，成本，稳定性和理论上的太阳能转化效率来看，过去几十年中，具有窄带隙的铁基半导体（例如，α-Fe2O3）被认为是有前途的光阳极材料。β-Fe2O3同样具有窄的能带隙，因此理论上具有很高的太阳能转化效率，但由于其亚稳性，用β-Fe2O3光电阳极对水分解的研究仍遥遥无期。近日，南京大学邹志刚院士课题组李朝升等人研究了激光波长和辐照功率对β-Fe2O3到α-Fe2O3的相变的影响，并阐明了β-Fe2O3的拉曼振动光谱。掺杂Zr后，组装好的β-Fe2O3光电阳极可以在后处理过程中承受更高的退火温度。因此，颗粒组装的掺Zr的β-Fe2O3光电阳极的太阳水分解光电流密度显着提高到1.2mAcm-2，是纯β-Fe2O3光电阳极的5倍。该工作表明亚稳态β-Fe2O3薄膜是用于太阳能水分解的有前途的光阳极材料。（技术详情参见本文正文）
2020年代表性成果4
半导体/法拉第层/液体结中的可逆电荷转移和可调电位窗口
法拉体(Farador)是一种电子离子耦合传输导体，半导体和法拉体接触形成法拉第结。传统半导体结的载流子为电子，界面电荷转移不会引起化学变化。而法拉第结的载流子为耦合电子和离子，界面电荷转移则会引起化学变化。目前法拉第结的界面电荷传输机制建立在半导体结能带理论的基础上，然而经典能带理论无法解释其特殊界面电荷传输行为。南京大学邹志刚院士和罗文俊等人，通过使用Fe2O3和Ni（OH）2作为模型，精确地控制了半导体与法拉第层之间的界面结构，并研究了半导体/法拉第层/液体结中的电荷转移机理。结果表明，短路严重限制了太阳能分水电池和太阳能超级电容器的结点性能。（技术详情参见本文正文）
2020年代表性成果5
应力响应包裹法制备超稳定的CsPbBr3@SiO2肿瘤显像剂
强大的光电性能可以预示CsPbBr3纳米晶体（NCs）的高潜力，可以用作早期肿瘤诊断的荧光探针。但是，CsPbBr3NCs固有的水脆弱性极大地限制了其生物医学应用。有鉴于此，南京大学邹志刚院士和姚颖方等人，引入了一种自然激发的“应力响应”方法，将CsPbBr3紧密封装到SiO2纳米壳中，可以在48小时内显着提高CsPbBr3@SiO2纳米粒子的水稳定性。该工作首次展示了卤化钙钛矿铅NCs在肿瘤诊断中的潜力，并可以高度预期照亮活细胞的进一步体内生物医学应用。（技术详情参见本文正文）
Angew：多米诺效应：金电催化锂还原加速固氮
NH3的绿色生产，特别是非水溶液中锂介体电化学氮气还原反应（NRR）正引起人们的广泛研究兴趣。然而，关于NRR机制的争论极大地阻碍了它的优化和广泛应用。
近日，为揭示其电催化过程，南京大学邹志刚院士，Cong-PingWu，姚颖方副教授报道了一种镀金碳纤维纸（Au/CP）模型催化剂。密度泛函理论(DFT)计算表明，Li在Au(111)面上的吸附能在-3.23eV比Li在C(002)面上的吸附能在-1.95eV强得多，预示了Au和Li离子之间更容易的电子转移动力学。原位X射线衍射首次观察到了核反应过程中锂中间体的转变。Au极大地提高了电子转移动力学以催化金属Li的形成，从而极大地加速了NRR的自发生成。氮气再循环对Au/CP的法拉第效率达到34.0%，NH3产率高达50gh-1cm-2。
Lin-FengGao,etal,Dominoeffect:goldelectrocatalyzinglithiumreductiontoacceleratenitrogenfixation,Angew.Chem.Int.Ed.,2020
DOI:10.1002/anie.202015496
Chem.Commun.：一步法合成IrOx修饰的超薄NiFeLDH纳米片高效催化OER
有鉴于此，南京大学邹志刚院士、于涛教授和闫世成教授等人，通过一步沉淀法合成了IrOx修饰的超薄NiFe-LDH纳米片（厚度为1-2nm）。独特的超薄NiFe-LDH纳米片结构可以暴露出更多的高活性边缘反应位点。同时，XPS分析和电化学结果表明，超薄NiFe-LDH纳米片表面的IrOx物种进一步增加了LDH纳米片的表面活性位并改善了表面电子转移。IrOx/U-NiFe-LDH表现出出色的OER性能，具有低过电势（236mV）和低Tafel斜率（74.3mAdec-1）。
DepeiLiuetal.One-stepsynthesisofIrOx-decoratedultrathinNiFeLDHnanosheetsforefficientoxygenevolutionreaction.Chem.Commun.,2020.
DOI:10.1039/D0CC04938G
JournalofCatalysis：三明治状NiFe层状双氢氧化物/CO(1-x)S的应变异质界面用于高效和优异稳定性的OER
有鉴于此，南京大学周勇教授，河南科技大学李国岭，厦门理工学院姜春海教授报道了通过简单的两步水热电沉积方法已成功地在NF上制备了三明治状夹层状异质结构NiFeLDH/Co1-xS电极。3D催化空间和应变异质界面有效地促进了电子相互作用，增强了反应动力学，促进了含氧中间体的化学吸附，最终获得了优异的OER活性和稳定性。当电流密度为10mAcm-2时，NiFeLDH/CO1-xs电极具有较低的过电位（251mV）。电化学比表面积为32.84mFcm-2，远大于纯NiFeLDH（5.49mFcm-2）和CO1-xS（17.98mFcm-2）的总和。塔菲尔斜率和电化学阻抗谱显示电解过程具有良好的动力学特性。此外，NiFeLDH/CO1-xS在碱性介质中具有较长的耐久性，在连续运行150h以上表现出优异的稳定性。远优于最近报道的富稀土电催化剂。
FengDu,etal,Strainedheterointerfacesinsandwich–likeNiFelayereddoublehydroxides/Co1-xSforhighlyefficientandsuperiorlong–termdurableoxygenevolutionreaction,JournalofCatalysis(2020)
DOI：10.1016/j.jcat.2020.05.026
Chem.Commun.：具有增强的活性和稳定性的三元异质Pt-Ni-Au纳米线
有鉴于此，南京大学邹志刚院士、刘建国教授等人合作，成功地通过简单的溶剂热法合成了具有随机分布的Pt-Ni和Pt-Au相的三元非均相Pt-NiNWs。Pt-Ni-AuNWs具有大量缺陷的微观Pt-Ni相和Pt-Au相和调制的电子结构，这起源于特殊的非均质结构。通过综合各向异性一维非均质结构和Au掺杂的优点，三元Pt-Au-NiNWs不仅对ORR表现出良好的电化学活性，而且经过30000次循环的加速耐久性试验(ADT)，表现出良好的耐久性。此外，Pt-Ni-AuNWs在实际电池中表现出良好的活性和稳定性。
ZhichengLinetal.TernaryHeterogeneousPt-Ni-AuNanowireswithEnhancedActivityandStabilityforPEMFC.ChemicalCommunications,2020.
DOI:10.1039/D0CC01554G
AFM：各种黑磷基结构的最新进展：基本性质，合成，稳定性，光催化和电催化
有鉴于此，南京大学周勇教授和邹志刚院士等人，综述了各种结构的黑磷基材料的最近研究进展，包括其基本性质，合成方法，稳定性，以及在光催化和电催化领域的应用。
WaGaoetal.State‐of‐the‐ArtProgressinDiverseBlackPhosphorus‐BasedStructures:BasicProperties,Synthesis,Stability,Photo‐andElectrocatalysis‐DrivenEnergyConversion.AdvancedFunctionalMaterials,2020.
DOI:10.1002/adfm.202005197
NSR：为在水分解中使用β-Fe2O3铺平道路：拉曼识别，相变和相稳定策略
自从提出氢经济概念以来，使用光电化学（PEC）或光催化水分解法进行太阳能制氢在人工利用取之不尽的太阳能中占据了非常重要的位置。从无毒，成本，稳定性和理论上的太阳能转化效率来看，过去几十年中，具有窄带隙的铁基半导体（例如，α-Fe2O3）被认为是有前途的光阳极材料。β-Fe2O3同样具有窄的能带隙，因此理论上具有很高的太阳能转化效率，但由于其亚稳性，用β-Fe2O3光电阳极对水分解的研究仍遥遥无期。
近日，南京大学邹志刚院士课题组李朝升等人研究了激光波长和辐照功率对β-Fe2O3到α-Fe2O3的相变的影响，并阐明了β-Fe2O3的拉曼振动光谱。掺杂Zr后，组装好的β-Fe2O3光电阳极可以在后处理过程中承受更高的退火温度。因此，颗粒组装的掺Zr的β-Fe2O3光电阳极的太阳水分解光电流密度显着提高到1.2mAcm-2，是纯β-Fe2O3光电阳极的5倍。这项研究表明亚稳态β-Fe2O3薄膜是用于太阳能水分解的有前途的光阳极材料。
NingsiZhang,etal,Pavingtheroadtowardtheuseofβ-Fe2O3insolarwatersplitting:Ramanidentification,phasetransformation,andstrategiesforphasestabilization,NationalScienceReview,2020.
DOI:10.1093/nsr/nwaa039
ACSCatalysis：具有空间分离活性位点的岛状空心石墨烯在TaON上的原位生长用于促进可见光CO2还原
低效的电荷分离和具有动力学挑战性的界面反应严重阻碍了光催化CO2还原。通过将非贵重助催化剂与半导体相结合，对于优化这些工艺至关重要。
LangPei,etal,InSitu-GrownIsland-ShapedHollowGrapheneonTaONwithSpatiallySeparatedActiveSitesAchievingEnhancedVisible-LightCO2Reduction,ACSCatal.2020.
DOI:10.1021/acscatal.0c03918
ChemicalScience：将单个Ni位点整合到共价有机骨架的仿生网络中，以选择性还原CO2
将CO2选择性光还原成给定的产品是一个巨大的挑战，但是可取的。受非贵金属分子催化剂上分层网络中发生的自然光合作用的启发，福州大学于岩、李留义和南京大学邹志刚院士等人，证明了单个Ni位点集成到聚酰亚胺共价有机骨架（PI-COFs）的六边形孔中，以选择性地将CO2光还原为CO。
COF六角孔中的位点充当CO2的活性位点活化和转化，而PI-COF不仅充当光敏剂以生成电荷载流子，而且还对选择性发挥促进作用。具有三嗪环的优化PI-COF具有出色的活性和选择性。研究人员提出了一种可能的分子内和分子间电荷转移机制，其中PI-COFs中的光生电子有效地从中心环分离到二酰亚胺键，然后转移到单个Ni活性位点，这在理论上得到了证明。
XinChen,etal.,IntegratingsingleNisitesintobiomimeticnetworksofcovalentorganicframeworksforselectivephotoreductionofCO2.ChemicalScience,2020.
DOI:10.1039/d0sc01747g
Chem.Soc.Rev.：胶体量子点太阳能电池中的光激发载流子动力学
胶体量子点太阳能电池（QDSC）的认证功率转换效率（PCE）记录在过去几年中已从不足4％大幅提高到16.6％。但是，QDSC的记录PCE值仍大大低于理论效率。迄今为止，缺少对QDSC中光激发载流子动力学的总结。QDSC的光伏性能仍然受到光电压，光电流和填充因子的限制，而光电压，光电流和填充因子主要由器件中的光激发载流子动力学决定，包括载流子（或激子）的产生，载流子的提取或转移以及载流子的重组过程。
日本的电气通信大学的沈青、陕西师范大学GuohuaWu和南京大学的邹志刚等人，总结并讨论了整个QDSC中从单个量子点（QD）到整个器件的光激发载流子动力学，以及用于分析光激发载流子动力学的表征方法。讨论了包括光激发多激子生成（MEG），热电子提取以及相邻QD之间的载流子转移以及QDSC的每个界面处的载流子注入和复合在内的最新研究。还讨论了光激发载流子动力学对量子点的物理化学性质和量子点控制器件的光电性能的影响。
Photoexcitedcarrierdynamicsincolloidalquantumdotsolarcells:insightsintoindividualquantumdots,quantumdotsolidfilmsanddevices，Chem.Soc.Rev.,2020.
DOI:10.1039/c9cs00560a
iScience：半导体/法拉第层/液体结中的可逆电荷转移和可调电位窗口
法拉体(Farador)是一种电子离子耦合传输导体,半导体和法拉体接触形成法拉第结。传统半导体结的载流子为电子，界面电荷转移不会引起化学变化。而法拉第结的载流子为耦合电子和离子，界面电荷转移则会引起化学变化。法拉第结可用于各种太阳能转化与存储器件。目前法拉第结的界面电荷传输机制建立在半导体结能带理论的基础上，然而经典能带理论无法解释其特殊界面电荷传输行为。因此，阐明法拉第结界面电荷传输机制，对建立半导体表界面新理论、开发太阳能转换新器件具有非常重要的意义。
在此，南京大学邹志刚院士和罗文俊等人，通过使用Fe2O3和Ni（OH）2作为模型，精确地控制了半导体与法拉第层之间的界面结构，并研究了半导体/法拉第层/液体结中的电荷转移机理。结果表明，短路严重限制了太阳能分水电池和太阳能超级电容器的结点性能。还发现法拉第材料的充放电电势窗口敏感地取决于半导体的能带位置，这提供了一种调整法拉第材料的电势窗口的新方法。
XiangtianChenReversibleChargeTransferandAdjustablePotentialWindowinSemiconductor/FaradaicLayer/LiquidJunctions.iScience,2020.
DOI:10.1016/j.isci.2020.100949
SolarRRL：基于二维钛/铌金属氧化物材料在光催化领域中的应用
化石能源枯竭和环境污染加剧等问题迫使人们必须寻找更加实际可行的可持续能源。光催化技术可将太阳能转化为化学能，具有绿色、高效、无二次污染等特点。二维钛/铌金属氧化物（2DTNMO）基化合物主要包含Ti4+-TiO6/Nb5+-NbO6八面体结构，以其为前驱体，通过对其进行修饰调控（包含结构设计和元素掺杂），可实现结构组分可调的2DTNMO基材料的构筑，其作为光催化材料具有优异的催化性能，具备良好的应用前景。
近日，南京大学邹志刚院士、侯文华教授和盐城工学院张勤芳教授等人，系统全面地总结了2DTNMO光催化材料的合成方法、调控手段及光催化应用。
Two-DimensionalTitanium/NiobiumMetalOxide-BasedMaterialsforPhotocatalyticApplication.SolarRRL,2020.
DOI:10.1002/solr.202000070
Chem.Soc.Rev.综述：超越C3N4的π-共轭无金属聚合物半导体用于光催化化学转化
具有稳定、高效、廉价的无金属催化剂的光催化是无污染能源生产的最有前途的选择之一。
近日，南京大学周勇教授和邹志刚院士，西南科技大学杨龙综述了各种具有大π-共轭单元的高效无金属高分子光催化剂的最新研究进展，这些光催化剂可用于化学转化，包括水裂解、CO2还原、氮还原、有机合成以及单体聚合。作者指出了无金属聚合物光催化剂面临的主要挑战，包括：i）更具选择性和活性的光催化剂的开发；ii）优化光催化剂表面的吸附；iii）光催化机理的进一步研究，以加速筛选出适用于传统化学反应的特定光催化剂。
LongYang,etal,BeyondC3N4π-conjugatedmetal-freepolymericsemiconductorsforphotocatalyticchemicaltransformations,Chem.Soc.Rev.,2020.
DOI:10.1039/d0cs00445f
NanoResearch：应力响应包裹法制备超稳定的CsPbBr3@SiO2肿瘤显像剂
强大的光电性能可以预示CsPbBr3纳米晶体（NCs）的高潜力，可以用作早期肿瘤诊断的荧光探针。但是，CsPbBr3NCs固有的水脆弱性极大地限制了其生物医学应用。
有鉴于此，南京大学邹志刚院士和姚颖方等人，引入了一种自然激发的“应力响应”方法，将CsPbBr3紧密封装到SiO2纳米壳中，可以在48小时内显着提高CsPbBr3@SiO2纳米粒子的水稳定性。进一步强调了CsPbBr3@SiO2的有利特征通过将它们用作具有高水稳定性，生物相容性和低细胞毒性的CT26肿瘤细胞成像的荧光探针。
WentaoSongetal.,SuperstableCsPbBr3@SiO2tumorimagingreagentbystress-responseencapsulation.NanoResearch,2020.
DOI:10.1007/s12274-020-2697-9
TrendsinChemistry："射向肿瘤细胞的阿波罗之箭"
传统的癌症治疗方法（如放疗和化疗）在低剂量下无法达到预期的疗效，高剂量下则对健康组织造成很大的损害。相比之下，光催化治疗是一种相对温和的方法，因为可以将光照射到特定的病灶区域，光催化治疗对健康组织的损害很小。
有鉴于此，南京大学邹志刚院士、姚颖方副教授等人，介绍了肿瘤治疗中光催化材料在近红外光、紫外可见光和X射线波段的作用机理和研究进展，讨论了当前的局限性，并展望未来的发展趋势。
PhotocatalyticMaterials:AnApollo’sArrowtoTumorCells,TrendsinChemistry,2020.
DOI:10.1016/j.trechm.2020.10.002
2020年，除了以上成果之外，邹志刚院士团队还在光催化、燃料电池催化剂、环保催化等多个方面有所突破，在次不一一摘录。
重要理念
邹志刚院士认为，要想长期坚持做一件事、一份工作，兴趣是关键。他经常对学生说，如果要常年做一个枯燥的科研项目，那么一定要靠兴趣驱动来坚持完成，如果是因为某些利益来作为前进的动力，短期内可能可以坚持，但是很难会有长期的发展。此外，邹志刚还会经常鼓励学生去做一些老师不知道、不了解的新课题，他特别强调对学生们创新能力的培养，“学生们选择和我一样的课题研究，没有创新也肯定难以超越我，他们要跳脱出我们现有的‘框架’才能够‘青出于蓝而胜于蓝’。”
“做科研要多些饿狼精神“
“总结的过程其实就是一个提高的过程，不停的发现问题、总结问题，才能有进步。”
人物简介：
邹志刚，男，1955年3月生于天津市，东京大学理学博士，南京大学教授，中国科学院院士，发展中国家科学院院士，长江学者，“973”首席科学家。现任南京大学环境材料与再生能源研究中心主任，江苏省纳米技术重点实验室主任，南京大学昆山创新研究院院长。
邹志刚院士在Nature、Phys.Rev.Lett.、Adv.Mater.、J.Am.Chem.Soc.、Angew.Chem.Int.Ed.、Energ.Environ.Sci.等一流国际期刊发表SCI科学论文600余篇，他引32000余次，h因子83，连续6年入选爱思唯尔“中国高被引学者”榜单，连续2年获评科睿唯安“高被引科学家”称号。获中国发明专利92项、美国专利1项、日本专利2项，7项发明专利已成功进行产业化转化，技术转让费达1亿6千万元。邹志刚院士以第一完成人获2012年江苏省科学技术奖一等奖和2014年国家自然科学二等奖，2018年以第一完成人获第46届日内瓦国际发明展金奖及阿卜杜拉国王大学特别奖，2019年获何梁何利基金科学与技术进步奖。邹志刚院士还担任教育部“长江学者奖励计划”特聘教授，两届国家重点基础研究发展计划“973”项目首席科学家，教育部创新团队负责人，中国光化学及光催化专业委员会主任委员，总装备部“国民核生化灾害防护国家重点实验室”学术负责人，中国氢能源及燃料电池产业创新战略联盟战略指导委员会委员，中国空间技术研究院空间站科学技术实验科学委员会和太空探索实验科学委员会共同主席，日本电气通信大学特任教授和日本国家材料研究所（NIMS）客座研究员。