姓 名： 陈巍
性 别： 女
出生年月： 1977年12月
职 称： 教授
研究方向：新材料的结构设计和性能研究
学科专长：物理化学
联系方式：
邮箱: chenwei@fjnu.edu.cn
通讯地址：福建省福州市仓山区福建师范大学仓山校区化学与材料学院
邮编：350007
个人简介：
陈巍教授主要从事新材料的结构设计和电学、磁学、光学以及催化等性能方面的理论研究工作。截至目前，已取得了系列创新性研究成果，在国际知名学术期刊上共发表SCI论文100余篇，基本都发表在影响因子4.0以上的学术期刊上（累计他引近5000余次，h-index=30），其中以通讯/一作在影响因子大于10.0的行业内顶级杂志上发表论文12篇（包括Nat. Commun.1篇、J. Am. Chem. Soc. 5篇（2篇为封面文章和亮点文章）、Angew. Chem. Int. Ed. 2篇、Adv.Mater.1篇和J.Mater. Chem. A 3篇），6篇已成为SCI高被引论文，2篇为“热点论文”。目前，作为负责人已主持包括国家自然科学基金,教育部基金，吉林省教育厅和科技厅等项目共13项；并获得“吉林大学国家杰出青年科学基金后备人选培育计划”支持。2020年获"闽江学者"计划支持,作为高层次人次引进到福建师范大学化学与材料学院工作。
教育经历：
2001.09-2006.06 吉林大学物理化学专业博士（硕博连读）
1996.09-2000.07 黑龙江大学应用化学专业学士
科研与学术工作经历：
2020.01-至今 福建师范大学 闽江学者特聘教授
2012.09-2020.01 吉林大学教授（破格晋升）博导
2009.02-2012.09 吉林大学副教授、引进人才、学术骨干，硕导
2009.02-2010.05 美国波多黎各大学 博士后研究员
2006.11-2008.10 日本九州大学 日本学术振兴会海外特别研究员（JSPS）
研究领域：
新型低维纳米材料的结构设计及性能研究
电(光)解水制氢的相关高效HER和OER催化剂设计及催化机理研究
锂/钠离子电池等为代表的储能材料的设计及性能研究
CO2转化的相关催化剂设计及催化机理研究
科研项目：
作为负责人已主持包括国家自然科学基金面上项目、青年基金,教育部博士点基金，吉林省教育厅重点项目和科技厅十三五重点研发计划以及福建省科技厅面上项目等共13项。2020年获"闽江学者"人才计划支持。
教学情况：
讲授《无机化学》课程
代表性论文/著作：
1. Lin J, Zhao LS, Zheng Y, Xiao YH, Yu GT, Zheng Y*, Chen W*, Jiang LL, Facile Strategy to Extend Stability of Simple Component-Alumina-Supported Palladium Catalysts for Efficient Methane Combustion, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2020, 12, 56095−56107.
2. Qian GF, Yu GT, Lu JJ, Luo L, Wang T, Zhang CH, Ku RQ, Yin SB*, Chen W*, Mu SC*, Ultra-thin N-doped-graphene encapsulated Ni nanoparticles coupled with MoO2 nanosheets for highly efficient water splitting at large-current-density, J. Mater. Chem. A, 2020, 8, 14545-14554
3. Feng TL, Yu GT, Tao SY, Zhu SJ, Ku RQ, Zhang R, Zeng QS, Yang MX, Chen YX, Chen WH, Chen W*, Yang B*, A highly efficient overall water splitting ruthenium-cobalt alloy electrocatalyst across a wide pH range via electronic coupling with carbon dots, J. Mater. Chem. A, 2020, 8, 9638-9645.
4. Zhang R, Yu GT*, Gao Y, Huang XR, Chen W*, Applying surface strain and coupling with pure or N/B-doped graphene to successfully achieve high HER catalytic activity in 2D layered SnP3-based nanomaterials: a first-principles investigation, Inorg. Chem. Front., 2020, 7, 647 - 658.
5. Liu JW, Yu GT*, Huang XR, Chen W*, The crucial role of strained ring in enhancing the hydrogen evolution catalytic activity for the 2D carbon allotropes: a high-throughput first-principles investigation, 2D Mater., 2020, 7, 015015.
6. Zhang CH, Yu GT*, Ku RQ, Huang XR, Chen W*, Theoretical Investigation on the High HER Catalytic Activity of 2D Layered GeP3 Nanomaterials and Its Further Enhancement by Applying the Surface Strain or Coupling with Graphene, Appl. Surf. Sci., 2019, 481, 272-280.
7. Yang L, Yu GT, Ai X, Yan WS, Duan HL, Chen W*, Li XT, Wang T, Zhang CH, Huang XR, Chen JS, Zou XX*, Efficient oxygen evolution electrocatalysis in acid by a perovskite with face-sharing IrO6 octahedral dimers, Nat. Commun., 2018, 9:5236.
8. Jing SY, Lu JJ, Yu GT, Yin SB*, Luo L, Zhang ZS, Ma YF, Chen W*, Shen PK*, Carbon-encapsulated WOx hybrids as efficient catalysts for hydrogen evolution, Adv. Mater., 2018, 1705979.
9. Gao RQ, Yu GT, Chen W*, Li GD, Gao S, Zhang ZS, Shen XP, Huang XR, Zou XX*, Host−Guest Interaction Creates Hydrogen-Evolution Electrocatalytic Active Sites in 3d Transition Metal-Intercalated Titanates, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2018, 10, 696-703.
10. Chen YL, Yu GT, Chen W*, Liu YP, Li GD, Zhu PW*, Tao Q, Li QJ, Liu JW, Shen XP, Li H, Huang XR, Wang DJ, Asefa T*, Zou XX*, Highly Active, Nonprecious Electrocatalyst Comprising Borophene Subunits for the Hydrogen Evolution Reaction, J. Am. Chem. Soc., 2017, 139, 12370-12373.
11. Shen XP, Yu GT*, Zhang ZS, Liu JW, Li H, Huang XR, Chen W*, Covalent surface modification with electron-donating/accepting p-conjugated chains to effectively tune the electronic and magnetic properties of zigzag SiC nanoribbons, J. Mater. Chem.C, 2017, 5, 2022-2032.
12. Chen H, Yu GT, Li GD, Xie TF, Sun YH, Liu JW, Li H, Huang XR, Wang WJ, Asefa T*, Chen W*, Zou XX*, Unique Electronic Structure in a Porous Ga-In Bimetallic Oxide Nano-Photocatalyst with Atomically Thin Pore Walls, Angew. Chem. Int. Ed., 2016, 55, 11442-11446.
13. Feng LL, Yu GT, Wu YY, Li GD, Li H, Sun YH, Asefa T*, Chen W*, Zou XX*, High-Index Faceted Ni3S2 NanosheetArrays as Highly Active and Ultrastable Electrocatalysts for Water Splitting, J. Am. Chem. Soc., 2015, 137, 14023-14026.
14. Liu YP, Yu GT, Li GD, Sun YH, Asefa T*, Chen W*, Zou XX*, Coupling Mo2C with Nitrogen-Rich Nanocarbon Leads to Efficient Hydrogen-Evolution Electrocatalytic Sites, Angew. Chem. Int. Ed., 2015, 54, 10752-10757.
15.Chen W, Zhang H, Ding XL, Yu GT,* Liu D, Huang XR, Dihalogen Edge-Modification: an Effective Approach to Realize the Half-Metallicity and Metallicity in Zigzag Silicon Carbon Nanoribbons, J. Mater. Chem. C, 2014, 2, 7836-7850.
16. Yu GT,* Zhao XG, Niu M, Huang XR, Zhang H and Chen W*, Constructing a Mixed π-Conjugated Bridge: A Simple and Effective Approach to Realize a Large First Hyperpolarizability in Carbon Nanotube-Based Systems, J. Mater. Chem. C, 2013, 1, 3833 - 3841.
17. Chen W, Li YF, Yu GT, Li CZ, Zhang SB, Zhou Z*, Chen ZF*, Hydrogenation: A Simple Approach to Realize Semiconductor―Half-Metal―Metal Transition in Boron Nitride Nanoribbons, J. Am. Chem. Soc., 2010, 132, 1699-1705.
18. Chen W, Li ZR*, Wu D, Li Y, Sun CC, Gu F*, Aoki Y, Nonlinear Optical Properties of Alkalides Li+(calix[4]pyrrole)M¯ (M=Li, Na and K): Alkali Anion Atomic Number Dependence, J. Am. Chem. Soc. Commun., 2006, 128(4), 1072-1073.
19. Chen W, Li ZR*, Wu D, Li Y, Sun CC, Gu FL, The Structure and the Large Nonlinear Optical Properties of Li@Calix[4]pyrrole, J. Am. Chem. Soc., 2005, 127(31), 10977-10981.
近期研究成果简介
最近几年，本课题组已经开展了关于廉价高效析氢/析氧/氧还原（HER/OER/ORR）催化剂设计及催化机理方面的理论研究工作，系统探索了复杂电荷转移过程、高指数晶面、结构内部张力、空间位阻、缺陷形成、表面掺杂、外加应力以及超价行为等因素对材料体系催化性能的影响，详细阐述了相关催化机理，并总结了一般性规律，给予相关实验工作很好的启示。截至目前，相关成果以通讯/一作发表影响因子大于10.0的论文近10篇，包括Nat. Commun.1篇（2018, 9, 5236）、J. Am. Chem. Soc.2篇（2015, 137, 14023（封面文章，亮点文章，SCI“热点论文”及“高被引论文”，被归入其学术领域中最优秀的0.1%之列）；2017, 139, 12370（封面文章，亮点文章和SCI“高被引论文” ））、Angew. Chem. Int. Ed.2篇（2016, 55, 11442；2015, 54, 10752（扉页文章，SCI“热点论文”及“高被引论文”，被归入其学术领域中最优秀的0.1%之列））、Adv. Mater.1篇（2018，1705979）以及J. Mater. Chem. A 3篇（2020, 8, 14545；2020, 8, 9638；2021，DOI: 10.1039/d1ta00693b）。此外，还有2篇文章被编辑选入《PCCP Hot Articles Collection》专辑重点推荐；相关工作也被美国化学会C&EN杂志、X-mol以及材料人等公共平台重点介绍。这些工作得到了国内外同行专家的广泛关注与高度好评。代表性研究工作具体如下:
新型HER催化剂设计及机理研究
通过系统理论研究，我们发现利用氮掺杂的碳层包裹Mo2C纳米粒子体系（图1），能通过纳米粒子和氮原子的协同作用产生复杂电荷转移过程，去有效调节（邻近氮原子的）碳原子上的电子密度，使H*的吸附达到最佳状态（ΔGH* = -0.008 eV，甚至能与贵金属Pt（ΔGH*≈ 0）相媲美），明显提高体系的析氢催化活性。此外，碳层包裹还能有效增强体系的导电能力，这对提高析氢催化性能也是有利的。进一步的实验结果已经证实该体系甚至能在全pH值范围内表现出非常高的析氢催化活性。相关成果已发表在国际知名学术杂志Angew. Chem. Int. Ed.上（扉页文章，已成为SCI“高被引论文”和“热点论文”，被归入其学术领域中最优秀的 0.1% 之列）。在此工作基础上，我们利用纯的碳层去包裹WOx表面设计了一类新型HER催化剂（图1），通过碳层与WOx之间发生的复杂电子转移过程显著改善了体系的析氢催化性能，使碳层表面甚至出现了类Pt的析氢催化活性位点；此外，碳层与WOx表面具有强的相互作用，使体系表现出了高的稳定性。相关研究结果也得到了实验的进一步证实，发现复合体系的析氢催化性能能与商用Pt/C相媲美。相关成果已发表在国际知名学术杂志Adv. Mater.上。
图1. 碳层包裹纳米粒子有效改善体系析氢催化性能
我们通过理论模拟系统研究了过渡金属硼化物α-MoB2体系的析氢催化性能（图2），发现这种含硼烯子单元的钼化物不仅具有非常好的导电能力，其表面还存在密集的高效析氢活性位点，这使该体系能表现出非常高的析氢催化性能；相应实验结果证实其在大电流密度下的析氢活性甚至优于贵金属Pt，在较小的过电势（334mV）下既能获得实际应用中期许的1000mA/cm2级电流密度。相关成果已发表在国际知名学术杂志J. Am. Chem. Soc.（2017, 139, 12370，封面文章，亮点文章，SCI“高被引论文”，被归入其学术领域中最优秀的1% 之列）上，并被国内知名学术网站X-MOL重点介绍（http://www.x-mol.com/news/7923）。
图2. α-MoB2体系在大电流密度下能表现出高效析氢催化性能
另外，我们还针对系列过渡金属磷化物（如WP、Cu3P、SnP、GeP3和SnP3等）以及二维革新材料（如石墨炔和g-C3N4等）的结构和析氢催化性能展开了系统理论研究（图3），提出系列新方法（如施加应力、引入缺陷、耦合石墨烯、引入张力环、嵌入过渡金属团簇、构建具有超原子特性的活性中心等）明显改善了相关材料的析氢催化性能，并详细阐明了催化机理。这些创新性的理论成果已发表在2D Mater.、Inorg. Chem. Front.、Appl. Surf. Sci.和Phys. Chem. Chem. Phys.等国际知名学术杂志上（图3），能为设计廉价高效HER催化剂提供全新思路，为实验上合成性能更优的析氢催化剂提供科学实际的理论指导。
图3.系列磷化物及相关二维材料的析氢催化性能研究
新型OER催化剂设计及机理研究
除了HER催化剂，我们在OER催化剂设计方面也取得了系列创新性成果。例如，我们系统研究了6H-SrIrO3体系的微观结构及其OER催化性能（图4）。我们发现与IrO2和3C-SrIrO3体系明显不同，6H-SrIrO3结构中不仅存在IrO6八面体，还存在具有共用O平面的Ir2O9单元（其可以看成两个共面连接的IrO6八面体）。在Ir2O9单元中两个Ir原子的距离与金属Ir中的Ir-Ir键长相当，通过结合ELF的计算结果，我们能发现这两个Ir原子除了分别同周围的O原子形成八面体之外，彼此之间还形成了Ir-Ir金属键。显然，这种超价行为能降低Ir2O9单元中Ir上的电子密度，有利于削弱其对O*的束缚，从而降低其在OER反应中的过电势。我们分别计算了6H-SrIrO3、IrO2和3C-SrIrO3体系的四步基元反应吉布斯自由能图，发现6H-SrIrO3中裸露了Ir2O9单元中Ir原子的表面具有更低的过电势。相应的实验结果也证实6H-SrIrO3体系的OER催化性能要明显高于IrO2和3C-SrIrO3体系。这些创新性成果已发表在国际知名学术杂志Nature Commun.上。
图4. 由金属键形成引起超价行为的6H-SrIrO3体系能表现出非常优异的OER催化活性
我们还在理论上研究了Ni3S2体系的高指数晶面在电解水反应中的OER和HER催化性能（图5）。发现晶面具有较高的表面能，其台阶式的微观结构能明显降低表面原子的配位数和空间位阻，从而使体系表现出高的OER和HER催化活性；另外，Ni3S2结构中存在的Ni金属网格能使体系具有高的导电能力，这对相关催化性能也是十分有利的。以上结果已经被进一步的实验工作所证实。相关成果已发表在国际知名学术杂志J. Am. Chem. Soc.（被编辑选为封面文章（Cover）和亮点文章(Spotlights)重点推荐）上。该工作发表后即引起国内外同行的高度关注，已成为SCI“高被引论文”和“热点论文”，被归入其学术领域中最优秀的 0.1% 之列。
图5. Ni3S2体系的高指数晶面能展现高效的析氧和析氢催化活性
另外，最近我们利用碳点与RuCo合金纳米粒子耦合设计了一种全新的电催化剂（RuCo@CD），通过密度泛函理论计算发现Co掺杂有利于促进水的解离，提高电催化活性；同时还发现从RuCo金属团簇到碳基底有明显的电子转移，导致团簇的静电势进一步增加，使相应的Ru/Co原子具有较高的氧化态，这也有利于RuCo@CD体系表现出高效的OER和HER催化性能。进一步的实验证实复合体系能在全pH范围内表现出高效稳定的OER和HER催化活性。该工作已经发表在国际知名学术杂志J. Mater. Chem. A上（图6）。我们还利用N掺杂碳层包裹的镍纳米颗粒耦合二氧化钼纳米薄片形成了新型复合结构，结合实验和理论研究发现碳层包裹能使该体系（甚至在大电流密度下）表现出优异的OER和HER催化性能，该工作已发表在J. Mater. Chem. A上（图6）。此外，我们还首次研究了金属离子导体在电解水反应中的催化性能。离子导体具有良好导电性、高能量密度输出和长时间循环稳定性等优异特性。K2Fe4O7是一种典型的金属离子导体，我们通过理论模拟发现在电催化反应过程中，K2Fe4O7材料表面的Fe原子与OH有较强的相互作用，这使体系表面能被OH*覆盖形成表面活性相，进一步的计算表明该表面具有高的OER和HER催化性能；实验证实其甚至能在2000mA/cm2的超高电流密度下表现出高效稳定的OER和HER催化活性（图6）。该研究是首次将具有本征超亲水性的离子导体材料应用到水劈裂反应的催化剂设计中，能为实际应用中期许的大电流密度下廉价高效催化剂的研发提供新思路，已经发表在国际知名学术杂志J. Mater. Chem. A。
图6. 系列廉价高效的OER/HER双功能电催化剂研究