碳量子点发表论文数量

近日，电子 科技 大学材料与能源学院夏川教授以第一作者和共同通讯作者身份在国际著名期刊Nature Chemistry (《自然–化学》)上发表题为“General synthesis of single-atom catalysts with high metal loading using graphene quantum dots”的研究论文。该研究开发了一套高载量过渡金属单原子材料的普适性合成策略，实现了高达 40 wt.% 或 3.8 at.% 的高过渡金属原子负载，比目前报道的单原子负载量提升了几倍甚至数十倍。 该工作由电子 科技 大学、加拿大光源和美国莱斯大学三个单位共同合作完成。材料与能源学院的夏川教授为论文第一作者和通讯作者，美国莱斯大学的汪淏田教授和加拿大光源的胡永峰教授为论文通讯作者。该合作团队在电催化材料研究和电化学反应器设计领域建立了坚实的基础，并取得了丰硕的研究成果。 过渡金属单原子材料具有极高的原子利用率、独特的电子结构以及明晰且可调的配位结构，在各种电催化过程中展现出优异的活性。但常规单原子材料中金属原子密度较低（通常小于5 wt.%或1 at.%），大大限制了其整体催化性能及工业应用前景，因此发展出高载量过渡金属单原子材料普适性合成策略至关重要。现有“自上而下”和“自下而上”工艺对提高合成单原子材料的金属负载量有很大的局限（图1, a-b）。以碳材料负载的单原子为例，现有的“自上而下”方法通过在碳材料载体表面制造缺陷，然后通过缺陷稳定单原子。然而，无法精确调控缺陷尺寸导致缺陷位点的数目极大地受到限制，而且当金属负载量提高时，容易在大尺寸的缺陷位处形成团簇。“自下而上”方法则使用金属和有机物前驱体（如金属有机框架、金属-卟啉分子、金属-有机小分子）热解碳化的方式获得负载金属单原子的碳材料。在金属负载量过大时，金属原子之间将因为没有足够的隔离空间而导致热解过程中团簇或者颗粒的产生。 鉴于此，该团队发展了区别于现有“自上而下”和“自下而上”工艺的单原子催化材料制备方法（图1c），以突破单原子负载量的限制。该团队创新性地使用比表面大、热稳定性高的石墨烯量子点作为碳基底，对其进行-NH2基团修饰，使其对金属离子具有高配位活性。引入金属离子后可得到以金属离子作为节点、功能化石墨烯量子点作为结构单元的交联网络，最后热解即可得到高载量的金属单原子材料。相较于传统“自上而下”和“自下而上”的单原子催化剂合成方法，该研究报道的方法既保证了高含量金属离子初始锚定时的高分散性又能有效抑制后续热解过程基底烧结重构引起的金属原子团聚。 XAFS、HADDF-STEM等多种表征手段证明，由该法制得的负载型金属单原子催化材料在保证金属原子单分散的同时还能实现远超现有文献报道水平的金属载量。借助该方法，该团队成功制备出质量分数高达41.6%（原子分数为3.84%）的Ir单原子催化材料（图2），该负载量相较于文献报道的Ir单原子最高载量提升了数倍。 另外，该合成策略还具有普适性，能够用于制备其他贵金属或非贵金属的高载量金属单原子催化材料。例如，在碳基底材料上，Pt单原子的负载量最高可达32.3 wt.%，Ni单原子负载量可达15 wt.%（图3）。 夏川，电子 科技 大学材料与能源学院教授，国家青年人才。研究方向为基于新能源的电催化、电合成、电化学生物合成，致力于实现碳平衡的能量与物质循环。在“液体燃料与基础化学品现场合成”这一特色方向开展了深入、系统的研究，在反应器与催化剂设计领域均取得丰硕成果，共发表学术论文50余篇，授权美国专利3项，H因子34，引用5200余次。近五年来，以第一作者/通讯作者身份在Science、Nat. Energy、Nat. Catal.、Nat. Chem.等国内外高水平期刊共发表论文20余篇，其中ESI高被引论文9篇，热点论文2篇。

由于新材料有着广泛的应用前景，目前许多国家出台了与新材料产业相关的新兴产业发展战略。我国亦是非常重视新材料产业的发展，目前制定了纲领性文件《中国制造2025》以及指导性文件《新材料产业发展指南》、《重点新材料首批次应用示范指导目录》等。国家发展改革委办公厅2017年印发了《增强制造业核心竞争力三年行动计划（2018-2020年）》重点领域关键技术产业化实施方案的通知，里面也具体制定了关于新材料关键技术产业化实施方案。截止目前，我国已经有40多个城市形成了不同规模的新材料产业集聚区，现已经批准设立的国家级新材料产业基地有129个，包括7个高技术产业基地、32个新型工业化示范基地和90个高新技术产业化基地。

当前，美国、欧洲、日本等发达国家和地区十分重视新材料技术的发展，都把发展新材料作为科技发展战略的重要组成部分，在制定国家科技与产业发展计划时，将新材料技术列为21世纪优先发展的关键技术之一，予以重点发展，以保持其经济和科技的领先地位。中国的新材料科技及产业的发展，在政府的大力关心和支持下，也取得了重大的进展和成绩，为国民经济和社会发展提供了强有力的支撑。为研究我国新材料领域的发展现状和态势，本报告以中国期刊网数据库作为统计分析源，从文献计量学的角度进行分析研究，讨论了新材料包括超导材料、金属材料、非金属材料、高分子材料和复合材料的理论研究、制备工艺、产品应用、技术装备等方面的内容。 1、新材料各专业论文产出权重的年度变化从2000年至2005年，新材料各专业发表论文数量占整个新材料领域的比重虽然每年都在变化，但总的分布格局没有被打破。高分子材料除2001年和2002年所占比重低于50%以外，其它几年均在50%以上，一直占居主导地位；复合材料所占比重在20-30%之间，居第二位；非金属材料所占比重在一成多，居第三位；超导材料在整个材料领域所占比例最小，居5个专业的最后一位。从各专业的发展状况分析，超导材料的发展呈上下波动，总体下降的趋势；金属材料作为一种传统的优势领域，其发展呈现大幅下降的局面；非金属材料在整个材料领域基本保持稳定的态势，其所占比例变化不大；高分子材料是发展最快的学科，随着新技术的不断涌现，其在整个新材料领域中的权重呈波动增长的态势；复合材料除2002年有所增加外，其他各年逐年下降，但降幅不大，年均降低1%。2、新材料各专业论文产出数量的年度变化2000年至2005年，从新材料各专业发表论文的数量及增长率来看，超导材料论文发表呈现增长正负相间的发展格局，但总量呈下降趋势，降幅为10%左右；金属材料的论文发表数量出现负增长，从2000年的1614篇减少到2005年的254篇，总降幅达84%；非金属材料发表论文数量总的趋势是稳步增长，且到了2005年有加速增长的趋势，发表论文数量比2000年增长了1527篇，当年增长了29.3%，6年间总体增长了66.65%；高分子材料的论文数量也在不断增加，从2000年的8201篇增加到2005年的15895篇，总增幅达93.3%，几乎翻了一番；复合材料论文发表呈现波动的局面，2001年比2000年有较大幅度增加，但2003-2004年却出现负增长，到2005年又增加至7215篇，比2000年的3672篇增加了近一倍。 1、新材料领域总体发展速度较快，势头强劲材料是当前世界新技术革命的三大支柱(材料、信息、能源)之一，与信息技术、生物技术一起构成了21世纪世界最重要和最具发展潜力的三大领域之一。对材料的认识与利用能力，往往决定着社会的形态和人类生活的质量。人类的历史已经证明，材料是人类社会发展的物质基础和先导，而新材料则是人类社会进步的里程碑。新材料在发展高新技术、改造和提升传统产业、增强综合国力和国防实力方面起着重要的作用，而且在自然科学和工程技术领域中发展也越来越快，地位日趋重要。根据对同时段论文发表数量统计，6年间国内新材料领域论文发表数量的年平均增长率为9.15%，大于自然科学和工程技术领域8.34%的论文发表增长率；新材料领域发表论文占自然科学与工程技术领域发表论文的比重也保持上升的势头，6年间增长了0.13个百分点。新材料领域的发展变化，得益于技术创新和成果转化速度加快。前沿技术的突破使得新兴材料产业不断涌现，同时新材料与信息、能源、医疗卫生、交通、建筑等产业结合越来越紧密，材料科学工程与其他学科交叉领域和规模都在不断扩大，而且世界各国政府高度重视新材料产业的发展，制定了推动新材料产业和科技发展的相关计划，在资金上给予大力扶持，从而推动了本领域的技术创新能力的提高和发展，取得了一系列可喜的研究成果，保证了新材料领域发展的欣欣向荣局面。2、高分子材料、复合材料发展迅速2.1 高分子材料新的应用领域推动了自身的成长高分子功能材料是近年来发展最快的有机合成材料，尤其在生物医用材料、药物控制释放体系、骨科固定、组织工程和手术缝合线等方面不断扩展其新的应用领域，全世界仅高分子材料在医学上的应用就有90多个品种、1800余种制品，西方国家在医学上消耗的高分子材料每年以10-20%的速度增长。我国的高分子材料发展也十分迅速，2000年至2005年论文发表数量从1862篇增加到6640篇，6年间增长了256.61%。其中：高分子药物方面的论文从182篇增加到802篇，增长幅度达340%；医用高分子材料方面的论文从285篇增加到821篇，增长幅度达188%；仿生高分子材料的论文从416篇增加到1108篇，增长幅度达166%，高分子膜材料的论文从979篇增加到3909篇，增长幅度达299%。从上述数据中可以看出，高分子材料研发活跃，发展相当迅猛，已成为医学和生物技术中不可缺少的组成部分，也是新材料领域发展最快的专业。2.2 复合功能材料拓展了新的发展空间由于多种材料多学科的交叉、融合,使材料的复合化成为发展新材料的一种重要手段。利用多种基体与增强体的复合、多种层次的复合以及利用非线性复合效应可以创造出全新性能的材料。近年来先进复合材料及新工艺发展很快，目前复合材料的发展以树脂基复合材料为主，特别是热固性材料，它的技术最成熟，应用最广。金属基复合材料大部分处于研究开发阶段，它特别适用于建造空间结构体。陶瓷基复合材料是改进陶瓷的可靠性的重要途径，从而使陶瓷材料优异的高温性能得以应用。此外碳/碳复合材料在军事技术上有很大实用价值，并已有一定的应用，其发展趋势较快。从我国2000年至2005年复合功能材料论文发表情况来看，数量从3672篇增加到7215篇，6年总计增长96.49%。其中：金属基复合材料论文从573篇增加到611篇，增幅6.6%；陶瓷基复合材料论文从298篇增加到1050篇，增幅252%；水泥基复合材料论文从1533篇增加到2428篇，增幅58.3%；聚合物基复合材料的论文从1134篇增加到2383篇，增幅110%；碳基复合材料论文从134篇增加到743篇，增幅达454%。从研究分析中可以看出，陶瓷基复合材料、聚合物基复合材料发展较快，这与其新工艺、新物质及新配方的不断涌现密切相关，碳基复合材料也正从军用转向民用，使其发展呈快速增长的态势。2.3 金属材料发展趋于低谷，有待突破相对于高分子材料、复合材料和非金属材料的迅猛发展，历史悠久的金属材料的发展处于停滞甚至后退的局面，从2000年至2005年，我国金属材料论文发表数量从1614篇减少到254篇，下降了535%。这一现象说明我们在该领域的技术创新能力不足。当前，世界金属材料领域的发展出现了很多新的特点及增长点，高性能金属材料发展迅速。我国目前高性能金属材料的产品研制、加工成型技术、生产设备等多方面都存在问题，阻碍了金属材料的发展。因此，只要加大金属材料的技术创新力度，就一定能打破其发展停滞不前的局面，实现新的振兴和快速发展就指日可待。