Prof. Shichun Mu published a paper in an international top-tier journal
發(fā)布：2025-11-27 11:18 來源：新材所
新聞網(wǎng)訊 近日，我校材料復(fù)合新技術(shù)全國重點實驗室木士春研究員在國際材料科學(xué)領(lǐng)域頂級期刊《Progress in Materials Science》上發(fā)表了題為“Topological-Defect Carbon for Energy Conversion Applications”的重要評述性論文。該論文對木士春研究員團隊長期以來在拓撲缺陷碳材料領(lǐng)域的研究成果進行了系統(tǒng)總結(jié)，并對拓撲缺陷碳材料的研究歷程、可控合成策略、先進表征方法、催化機制及其在多種能源催化反應(yīng)中的應(yīng)用前景作了全面評述與建設(shè)性展望。論文以武漢理工大學(xué)為唯一完成單位，宮蕾和朱加偉為共同第一作者，木士春為唯一通訊作者。
拓撲缺陷作為碳材料中由非六元環(huán)（如五元環(huán)、七元環(huán)等）構(gòu)成的本征結(jié)構(gòu)，能夠顯著調(diào)控碳基催化材料的電子結(jié)構(gòu)與表面化學(xué)性質(zhì)，從而加速其在氧還原反應(yīng)（ORR）、氫析出反應(yīng)（HER）、氧析出反應(yīng)（OER）以及二氧化碳還原反應(yīng)（CO?RR）等關(guān)鍵能源轉(zhuǎn)換反應(yīng)的動力學(xué)。本文首次從“合成—結(jié)構(gòu)—性能”的整體視角，系統(tǒng)歸納了原子脫除、等離子體刻蝕、化學(xué)氧化/刻蝕、球磨法、模板法等多種拓撲缺陷碳構(gòu)建策略，深入探究了先進表征技術(shù)在缺陷識別與電子結(jié)構(gòu)解析中的應(yīng)用，并結(jié)合理論計算揭示了拓撲缺陷碳調(diào)控反應(yīng)中間體的吸附行為。該論文不僅論證了拓撲缺陷碳作為本征活性中心的作用，還進一步揭示了其在錨定和調(diào)控金屬單原子/團簇等活性物種電子結(jié)構(gòu)中的重要功能，為設(shè)計高性能雜化催化材料提供了新思路。
圖1：拓撲缺陷碳類型
早在2006年，木士春采用微波氫等離子體刻蝕方法，成功在碳納米管中引入拓撲碳缺陷，顯著提升了材料儲氫性能(Carbon 2006, 44, 762-767)。2019年，木士春研究員團隊首次通過理論計算與實驗驗證，揭示了富勒烯衍生的本征五元環(huán)缺陷在調(diào)控碳材料電子結(jié)構(gòu)、增強氧還原反應(yīng)活性和提升雙電層電容方面的關(guān)鍵作用，為拓撲缺陷碳催化劑的定向設(shè)計與性能優(yōu)化提供了重要理論與實驗依據(jù)（Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 3859）。2024年，該團隊進一步研究了碳五元環(huán)的本征析氫反應(yīng)性及與過渡金屬的軌道雜化效應(yīng)（Angew. Chem. Int. Ed. 2024, 63, e202411125）。拓撲缺陷碳材料作為一類極具潛力的非貴金屬催化劑，隨著本論文的發(fā)表，必然會更加引起國際材料科學(xué)、催化化學(xué)及能源等領(lǐng)域研究人員的廣泛關(guān)注，并為下一代高效、穩(wěn)定、低成本碳基催化劑的理性設(shè)計指明方向。該研究工作得到國家自然科學(xué)基金、國家重點研發(fā)計劃項目等項目支持。
《Progress in Materials Science》是國際材料科學(xué)領(lǐng)域公認的頂級權(quán)威期刊，當前影響因子為40。該期刊專注于發(fā)表對材料學(xué)科具有重大影響和前瞻視野的系統(tǒng)性評述，以其高學(xué)術(shù)影響力、嚴苛的審稿標準和廣泛的讀者群體著稱。本論文的發(fā)表是我校材料學(xué)科“雙一流”建設(shè)工程的成果，將對提升我校在材料、化學(xué)及相關(guān)學(xué)科的國際學(xué)術(shù)影響力發(fā)揮重要作用。
文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2025.101618
文：宮蕾、黃玲林；編輯；謝昕恬；審核：胡泳