同济大学马吉伟

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马吉伟，同济大学教授/博导，2013年获法国普瓦提埃大学化学博士学位，2013-2015年先后在德国慕尼黑工业大学和法国巴黎第六大学从事博士后研究，2015-2018年任法国国家科学研究中心A类研究员，2018年加入同济大学材料科学与工程学院，入选国家海外高层次人才计划。主要从事缺陷能源材料的设计与构筑，在国际知名学术期刊上发表学术论文50余篇，包括Nature Materials、Nature Communications、Energy Storage Materials、Chemistry of Materials、Applied Catalysis B和ACS Catalysis等，著有英文专著2章，获法国、美国、日本和中国授权专利6项。


Email：jiwei.ma@tongji.edu.cn                  
研究方向：
(1) 缺陷储能：多价离子（镁/铝）及单价离子（锂/钠离子）电池
(2) 缺陷调控：燃料电池催化剂


代表性论文：(*代表通讯作者)
缺陷储能（二次电池）：
1. Koketsu T., Ma J.*, Morgan B. J., Body M., Legein C., Dachraoui W., Giannini M., Demortiere A., Salanne M., Dardoize F., Groult H., Borkiewicz O. J., Chapman K. W., Strasser P.*, Dambournet D.*, Reversible magnesium and aluminium ions insertion in cation-deficient anatase TiO2, Nature Mater., 2017, 16, 1142-1148. (ESI Highly Cited Paper)
2. Ma J.*, Reeves K., Porras-Gutierrez A. G., Body M., Legein C., Kakinuma K., Borkiewicz O. J., Chapman K. W., Groult H., Salanne M., Dambournet D.*, Layered Lepidocrocite Type Structure Isolated by Revisiting the Sol-Gel Chemistry of Anatase TiO2: A New Anode Material for Batteries, Chem. Mater., 2017, 29, 8313-8324.
3. Ma J.*, Li W., Morgan B. J., Światowska J., Baddour-Hadjean R., Body M., Legein C., Borkiewicz O. J., Leclerc S., Groult H., Lantelme F., Laberty-Robert C., Dambournet D.*, Lithium Intercalation in Anatase Titanium Vacancies and the Role of Local Anionic Environment, Chem. Mater., 2018, 30, 3078–3089.
4. Hadouchi M., Yaqoob N., Kaghazchi P., Tang M., Liu J., Sang P., Fu Y., Huang Y.*, Ma J.*, Fast sodium intercalation in Na3.41£0.59FeV(PO4)3: A novel sodium-deficient NASICON cathode for sodium-ion batteries, Energy Storage Mater., 2021, 35, 192–202.
5. Hou J., Hadouchi M.*, Sui L., Liu J., Tang M., Kan W. H., Avdeev M., Zhong G., Liao Y.-K., Lai Y.-H., Chu Y.-H., Lin H.-J., Chen C.-T., Hu Z., Huang Y.*, Ma J.*, Unlocking fast and reversible sodium intercalation in NASICON Na4MnV(PO4)3 by fluorine substitution, Energy Storage Mater., 2021, 42, 307–316.


缺陷和界面调控（氧电极催化剂）：
1. Zhu Y., Wang J., Koketsu T., Kroschel M., Chen J.-M., Hsu S.-Y., Henkelman G., Hu Z.*, Strasser P.*, Ma J.*, Iridium single atoms incorporated in Co3O4 efficiently catalyze the oxygen evolution in acidic conditions, Nature Commun., 2022, 13, 7754.
2. Zhong X., Oubla M., Wang X., Huang Y.Y., Zeng H., Wang S., Liu K., Zhou J., He L., Zhong H., Alonso-Vante N., Wang C.-W., Wu W.-B., Lin H.-J., Chen C.-T., Hu Z.*, Huang Y.*, Ma J.*, Boosting oxygen reduction activity and enhancing stability through structural transformation of layered lithium manganese oxide, Nature Commun., 2021, 12, 3136.
3. Zeng H., Oubla M., Zhong X., Alonso-Vante N., Du F., Xie Y.*, Huang Y., Ma J.*, Rational defect and anion chemistries in Co3O4 for enhanced oxygen evolution reaction, Appl. Catal. B, 2021, 281, 119535. (ESI Highly Cited Paper)
4. Ma J., Habrioux A., Luo Y., Ramos-Sanchez G., Calvillo L., Granozzi G., Balbuena P. B., Alonso-Vante N.*, Electronic Interaction between Platinum Nanoparticles and Nitrogen-doped Reduced Graphene Oxide: Effect on the Oxygen Reduction Reaction, J. Mater. Chem. A, 2015, 3, 11891-11904.
5. Ma J., Habrioux A., Miyao T., Kakinuma K., Inukai J.*, Watanabe M., Alonso-Vante N.*, Correlation between surface chemical composition with catalytic activity and selectivity of organic-solvent synthesized Pt-Ti nanoparticles, J. Mater. Chem. A, 2013, 1, 8798-8804.


代表性英文专著：
1. Koketsu T., Strasser P., Huang Y., Ma J., “Challenge in metal-air batteries: From the design to the performance of metal oxide-based electrocatalysts” in Metal Oxide-Based Nanostructured Electrocatalysts for Fuel Cells, Electrolyzers, and Metal-Air Batteries, Napporn T., and Holade Y., eds. (Elsevier, 2021), Chapter 8, 187-212.
2. Ma J., Li W., Dambournet D., “Solution-based Synthesis of nano-sized TiO2 anatase in fluorinating media” in Modern Synthesis Processes and Reactivity of Fluorinated Compounds: Progress in Fluorine Science, Groult H., Leroux F., and Tressaud A., eds. (Elsevier, 2017), Chapter 22, 651-669.


代表性国际专利：
1. Ma J., Pesty A. G., Dambournet D., Titanium oxyhydroxide compound and method for producing same, and electrode and catalyst comprising same; International Patent Pub. No.: WO2017125680 (Int. Pub. Date: 27.07.2017). Also, published as FR3047001 (France).
2. Alonso-Vante N., Ma J., Gago A. S., Process for preparing nanoparticles of a catalyst for cathodic reduction of dioxygen in the presence of methanol; International Patent Pub. No.: WO2013190060 (Int. Pub. Date: 27.12.2013). Also, published as FR2992234 (France), JP2015526843 (Japan), US2015340708 (USA).

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12月14日，《自然·通讯》（Nature Communications）在线发表了同济大学材料科学与工程学院马吉伟教授团队及其合作者的研究论文“Iridium single atoms incorporated in Co3O4 efficiently catalyze the oxygen evolution in acidic conditions”。该研究通过一种简单的机械力化学法成功得到了Ir单原子掺杂的尖晶石Co3O4纳米材料，其中Ir的原子比约为1.05%。该催化剂在酸性介质中展现出优越于商业IrO2的氧析出活性以及稳定性。该论文采用了先进的原位同步辐射技术实时监测了催化剂中各元素在反应过程中电子结构的变化，并结合理论计算揭示了该催化剂的高催化活性机理。此外，该催化剂的合成可以进一步实现克级规模的批量化生产，揭示了其在实际电解水设备中应用的潜力。

        电解水作为一种可持续有潜力的制备氢气的方法受到了人们的广泛关注。然而，由于其阳极析氧反应（OER）的四电子转移过程动力学缓慢，严重限制了整体运行效率，通常需要高活性催化剂来提升OER的反应速率。目前，具有高活性的贵金属Ru/Ir基氧化物是OER的主要催化剂，但是由于Ru/Ir储量稀少且价格昂贵，限制了其大规模商业化应用。尽管成本低廉的3d过渡金属氧化物被认为是一种可行的OER电催化剂，但它们的活性却仍难以令人满意。因此，设计一种同时兼具活性以及经济效益性的电催化剂对于发展质子交换膜水电解池至关重要。马吉伟教授课题组通过将微量的贵金属Ir以单原子的形式掺入Co3O4，构筑了兼具性能与经济效益的氧化物催化剂，在酸性OER中展现出卓越的活性与稳定性。该研究提出了将微量贵金属单原子与低成本过渡金属氧化物相结合，设计兼具经济性与高活性的电催化剂的概念，并且该策略有望在电解水制氢工业中得以应用。
        马吉伟教授、德国柏林工业大学Peter Strasser教授和德国马克思·普朗克固体化学物理学研究所Zhiwei Hu教授为该论文的共同通讯作者，课题组博士生朱一鸣和美国德州大学奥斯汀分校Jiaao Wang为该论文的共同第一作者。
         马吉伟教授课题组基于缺陷储能和缺陷调控机理，致力于构筑高效二次电池电极材料和氧电极催化剂。自2021年以来，课题组克服疫情影响，在Nature Communications (2篇)、Energy Storage Materials (2篇)、Applied Catalysis B: Environmental (1篇)和Small (1篇)等权威期刊发表学术论文。
        论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-35426-8

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2月16日，《自然·通讯》（Nature Communications）在线发表了同济大学材料科学与工程学院马吉伟教授团队及其合作者的研究论文 “Facilitating alkaline hydrogen evolution reaction on the hetero-interfaced Ru/RuO2 through Pt single atoms doping”。该研究通过设计在具有异质界面的Ru/RuO2复合结构中掺杂Pt单原子，制备了高效的碱性电解水制氢催化剂。该催化剂在1 M KOH中展现出优越于商业Pt/C和Ru/C的氢气析出活性以及稳定性。此外，该论文采用了先进的原位同步辐射以及原位拉曼表征技术揭示了催化剂的反应机理，并结合理论计算进行了验证。随后，该研究进一步将该催化剂应用于大电流的碱性水电解池中，相比于商业Pt/C展现出显著提升的性能以及经济效益，证明其可应用于实际工业制氢的潜力。

       电解水作为一种可持续制备氢气的方法受到了人们的广泛关注。尽管Pt被认为是最优异的析氢反应（HER）催化剂，但是在碱性介质中Pt裂解水分子产生质子能力较差，严重限制了HER的反应速率。同时Pt储量稀少且价格昂贵，难以实现大规模商业化应用。因此，设计一种同时兼具活性以及经济效益性的碱性电解水制氢催化剂对于发展碱性水电解池至关重要。马吉伟教授课题组将贵金属Pt以单原子的形式掺杂于具有异质界面的Ru/RuO2复合结构中，在降低催化剂成本的同时大幅提升了碱性HER催化性能，并采用先进的原位技术以及理论计算揭示了催化剂的反应机理。这项研究为开发高性能、低成本的贵金属基碱性析氢催化剂提供了可行的指导，并有望应用于实际的H2生产。
马吉伟教授，杨孟昊研究员，德国柏林工业大学Peter Strasser教授，德国马克思·普朗克固体化学物理学研究所Zhiwei Hu教授为该论文的共同通讯作者，课题组博士生朱一鸣为该论文的第一作者。
       马吉伟教授课题组基于电子与缺陷调控机理，致力于构筑高性能催化材料，在 Nature Communications已发表学术论文3篇。
       论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-45654-9