这段时间
哈工大深圳校区科研团队
在多学科领域
取得了一系列重要研究进展
小编汇总了其中的部分成果
一起来看看吧
为奋发作为、追求卓越的哈工大人点赞
1 张倩、毛俊教授团队 在相图热电领域取得新进展 近日，哈工大深圳校区前沿学部材料科学与工程学院张倩、毛俊教授团队在相图热电领域取得重要进展，团队通过构建实验相图调控材料缺陷化学和载流子浓度，成功激活锆钴锑（ZrCoSb）半赫斯勒材料中的多价带输运，实现电热输运性能协同优化。研究成果以《相边界工程实现高性能ZrCoSb半赫斯勒材料的多能谷激活》（Phase Boundary Engineering Enables Multivalley Activation for High-PerformanceZrCoSbHalf-Heuslers）为题发表在《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society）上。该研究将相图工程由传统的微结构调控进一步拓展至缺陷化学和电子输运调控，为高性能热电材料的精准调控与性能优化提供了新思路。 热电材料是一种具有广阔应用前景的绿色可持续能源材料，可实现热能与电能之间的直接转换。能带工程是提升热电材料电输运性能的重要手段，其中，通过增加参与载流子输运的能谷数量，可以在保持较高电导率的同时提高塞贝克系数，从而获得高功率因子。锆钴锑具有优异的热稳定性和机械性能，是一种具有应用潜力的p型半赫斯勒热电材料。然而，其价带中的次级Γ能谷与主导输运的L能谷之间存在约0.13 eV的能量差，传统锡（Sn）掺杂又受到掺杂效率和载流子浓度饱和的限制，难以进一步激活Γ能谷。因此，近二十年来p型锆钴锑材料的功率因子一直维持在约30 μW cm⁻¹ K⁻²的水平。 针对这一问题，研究团队采用平衡合金法构建了1173 K下锆-钴-锑（Zr-Co-Sb）三元体系实验等温截面相图，精准确定了锆钴锑相的成分稳定范围，并依据相边界设计了不同钴（Co）含量的材料组分。研究发现，钴含量不仅影响材料中的本征缺陷，还能够显著调节锡掺杂的有效性。在贫钴条件下，具有电子补偿作用的钴间隙缺陷受到抑制，同时锡受主掺杂更加容易，使锡的掺杂效率由常规条件下的约65%提升至接近100%，空穴浓度达到3.8×10²¹ cm⁻³。高载流子浓度使费米能级进一步进入价带，从而在原有8个L能谷参与输运的基础上激活Γ能谷，使参与载流子输运的有效能谷数量由8增加至10，实现多能谷协同输运。最终，贫钴锆钴锑材料的最高功率因子达到40.4μW cm⁻¹ K⁻²，在300-973 K温度范围内平均功率因子达到37.6μW cm⁻¹ K⁻²，突破了该体系长期以来的功率因子瓶颈。在此基础上，团队进一步通过钴空位缺陷和铪（Hf）合金化增强声子散射、降低晶格热导率，使优化后的锆铪钴锑材料（Zr₀.₅Hf₀.₅Co₀.₉₇Sb₀.₇₈Sn₀.₂）在973 K时热电优值（zT）达到1.2。该材料与n型钛锆铪镍锡合金（Ti₀.₂Zr₀.₄Hf₀.₄NiSn₀.₉₈Sb₀.₀₂）组成半赫斯勒热电发电模块，在温差为673 K时，模块最大转换效率达到约11%，功率密度达到约1.75 W cm⁻²。该项研究表明，相图工程能够通过调节元素化学势和缺陷形成，实现对掺杂效率、载流子浓度和电子结构的协同调控，为高性能热电材料及器件的开发提供了新的科学依据。 相图工程指导高性能锆钴锑基热电材料与器件开发。（a）构建1173 K下锆-钴-锑（Zr-Co-Sb）三元体系等温截面相图，确定锆钴锑的稳定成分范围及贫钴、化学计量和富钴组分区域；（b）载流子浓度提升激活L和Γ价带能谷并提高功率因子；（c）不同钴含量锆钴锑材料的最大功率因子与载流子浓度关系；（d）300-973 K温度范围内平均功率因子对比；（e）锆钴锑基材料热电优值（zT值）与文献报道结果对比；（f）锆铪钴锑/钛锆铪镍锡热电器件最大转换效率与输出功率密度关系。 哈工大深圳校区为论文第一完成单位，深圳校区博士后端思晨为论文第一作者（现为南洋理工大学博士后），香港大学博士后姚洪浩、深圳校区尹力教授为共同第一作者。深圳校区张倩教授、毛俊教授、曹峰教授，中国科学院物理研究所王玉梅副研究员和南洋理工大学颜清宇教授为论文通讯作者。深圳校区李孝芳副教授、王晓东副研究员、马晓静、江峰，中国科学院物理研究所王修园、裴泽华，南洋理工大学董金峰以及香港大学陈粤副教授参与相关研究工作。 2 郭湘闽教授团队 在城市气候适应与健康人居环境领域取得重要研究进展 近日，哈工大深圳校区未来学部郭湘闽教授团队在城市气候适应与健康人居环境研究中取得新进展。相关成果以“Built-Environment Correlates of Self-Reported Heat-Related Impacts in Not-Hot Cities: Dual-Context Exposure Evidence from Harbin’s Early-Season Heatwave”（非传统炎热城市建成环境与居民自报热相关影响的关联：来自哈尔滨早季热浪的双场景暴露证据）为题，发表于城市可持续发展领域国际顶级期刊《Sustainable Cities and Society》。 气候变化背景下，极端高温正对传统避暑城市的空间建设与居民健康保障提出新的挑战。面向气候适应与健康城市建设需求，团队以哈尔滨早季热浪为切入点，融合居民调查与多源空间数据，从居住和工作、学习双场景出发，探讨城市建成环境与居民热相关影响的关联，为寒冷地区城市提升高温适应能力提供实证依据。研究凸显了街景可视绿化与区域蓝绿空间在城市热适应中的重要价值，提出统筹居民日常活动场所、兼顾区域空间布局与沿街环境品质的规划思路。成果为将热适应与健康需求融入城市更新、公共空间优化及绿色基础设施建设提供了科学参考，对推动以人为本的气候韧性城市建设具有积极意义。 《Sustainable Cities and Society》由Elsevier出版，是城市可持续发展与气候韧性研究领域具有重要国际影响力的学术期刊。哈工大深圳校区为论文唯一完成单位，博士研究生刘悦为论文唯一第一作者，郭湘闽教授为论文唯一通讯作者。该研究得到国家自然科学基金等项目的支持。 郭湘闽教授团队在城市气候适应与健康人居环境领域取得重要研究进展 3 夏吾炯、郭林教授研究团队 在有机光电化学合成领域取得新进展 日前，哈工大深圳校区前沿学部理学院夏吾炯教授和郭林教授团队在有机光电化学合成研究领域取得新进展。团队研究了一种过渡金属铁-镍双催化的光电化学平台，可直接利用羧酸、醇和醛等天然官能团作为烷基自由基前体，在无需预活化的情况下实现多类型C(sp3)–C(sp3)交叉偶联反应。研究成果以《利用原生官能团实现光电协同促进的C(sp3)–C(sp3)交叉偶联》（Photoelectrochemical C(sp3)–C(sp3) Cross-Coupling using Native Functional Groups）为题发表于《自然合成》期刊（Nature Synthesis）。 自由基–自由基交叉偶联是构建饱和C(sp3)–C(sp3)键的重要策略，在药物分子、天然产物及功能有机材料的合成中具有广泛应用前景。然而这类反应通常面临两个相互关联的挑战：一方面，烷基自由基具有较高的反应活性和较短的寿命，不同自由基在体系中同时生成后，容易发生无选择性的自由基自偶联、歧化等副反应，难以实现精准的交叉偶联；另一方面，近年来虽然有研究报道过渡金属镍催化剂的参与能够有效促进自由基的交叉偶联，但镍催化剂的催化活性高度依赖于其所处的氧化还原环境，阴极过度还原可能导致活性镍物种被进一步还原，进而扰乱正常的催化循环。因此如何在同一反应体系中实现不同烷基自由基的稳定、可控生成，并同时对镍催化剂的氧化态进行精准调控，是发展高效、通用的C(sp3)–C(sp3)交叉偶联反应需要解决的关键问题。 针对这一难题，研究团队提出了“自由基生成与金属催化剂氧化还原调控相互解耦”的研究策略，将原本相互耦合的两个过程进行功能分工。具体而言，利用光照激发铁配合物发生配体到金属电荷转移（LMCT）过程，实现烷基自由基的可控生成；与此同时，借助电化学过程调节反应体系的整体氧化还原环境，为金属催化循环提供稳定的电子条件；在此基础上，通过镍催化剂对不同自由基进行选择性分选，并进一步促进C(sp3)–C(sp3)键的形成。该策略使光化学负责“产生自由基”、电化学负责“调控电子”、镍催化负责“选择性成键”，从而实现了不同反应过程之间的有效协同与相对独立调控。研究进一步发现，体系中引入牺牲性烷基溴化物后，可以有效缓冲阴极区域的强还原环境，避免二价镍被过度还原为一价镍，从而维持镍催化剂处于有利于反应进行的氧化态区间。换言之，烷基溴化物并非简单参与反应的辅助试剂，而是承担了“氧化还原缓冲器”的作用，为镍催化循环提供了更加稳定的电子环境。通过这一设计，研究团队实现了自由基生成、电子转移与镍催化成键过程之间的协调控制，为解决自由基–自由基交叉偶联中长期存在的选择性与催化剂稳定性问题提供了新的思路。 本文第一作者为哈工大深圳校区2022级博士研究生钟平富，通讯作者为哈工大深圳校区理学院夏吾炯教授、郭林教授，哈工大深圳校区是该文第一完成单位和通讯单位。此外，哈工大深圳校区理学院杨超教授也参与了该项目的研究。该工作也得到了国家自然科学基金、广东省自然科学基金、深圳市基础研究等项目的支持。 图1. 基于光电协同途径的双脱羧偶联反应构建C(sp3)−C(sp3)键
