北京化工大学化学工程学院向中华

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向中华,北京化工大学化学工程学院教授 。2014年8月加入北京化工大学化工学院及有机无机复合材料国家重点实验室，现为“分子能源材料研发中心”主任。现主要从事新能源材料的分子设计与可控制 备。近年年来，在J. Am. Chem.Soc.，Angew. Chem.Int. Ed.，Adv. Mater.，Energy  Environ. Sci., ACS Nano，Nano Energy, Chem.Mater., Chem. Eng. Sci.等重要SCI期刊发表论文50余篇。被Science, Nat. Chem.等SCI他引用超2200次，H因子23，五篇论文入选ESI高被引论文。申请发明专利16件，授权4件。正在承担国家重点研发计划、国家自然 科学基金面上、青年项目，北京市自然科学基金面上项目，北京市科委先导与优势材料创新发展项目、企业横向等十余项重要项目。


向中华,教授  博士生导师
办公地址 北京市朝阳区北三环东路15号北京化工大学化学工程楼A510
电子邮箱 xiangzh@mail.buct.edu.cn


联系电话 010-6442-3647


学术兼职
中国化工学会国际学术交流工作委员会委员


招生专业及研究方向
招生专业：
化学工程与技术
研究方向：
分子能源材料开发，清洁能源的存储与转化技术，纳微多孔材料


个人经历
2014年7月——至今，北京化工大学，化学工程学院，教授
2013年7月—— 2014年7月，美国凯斯西储大学，大分子系，博士后
2007年9月——2013年6月，北京化工大学，化学工程与技术，博士
2003年9月——2007年7月， 湘潭大学， 化学工程与工艺，学士


科研项目
1.国家自然科学基金面上项目， 21676020，共价有机聚合物基燃料电池高效氧还原催化剂的研究，2017/01-2020/12, 64万元，在研，主持；
2. 国家自然科学基金青年基金， 51502012，限域空间中二维共价有机聚合物衍生碳材料的制备及氧 还原性能研究，2016/01-2018/12，21万元，在研，主持；
3. 北京市自然科学基金-海淀原始创新联合基金，L172017，面向锌-空气液流电池应用的共价有机聚合物基氧电极双效催化材料的研究，2017/10-2019/12, 28万元，在研，主持;
4. 北京市自然科学基金面上项目，2162032，受限空间中共价有机聚合石墨烯制备及其在锌空液流电池中的应用， 2016/01-2018/12， 18万元，在研，主持；
5. 中国科协先进材料学会联合体，2017QNRC001，青年人才托举工程,2017/01-2019/12，45万，在研，主持；
6. 国家重点研发计划，2017YFA0206500，化学能高效转化碳基纳米电催化剂结构设计、可控制备及应用研究，2017/07-2022/12,200万元，在研，骨干；
7.基于共价有机聚合物复合材料的化工分子能源材料的设计与应用基础，北京化工大学有机无机复合材料国家重点实验室人才培育重点项目，2015/01-2017/12，50万，在研，主持；
8. 受限空间中COP材料衍生碳的制备及电催化性能研究，ZY1508，中央高校基本科研业务费，2015/01-2016/12，5万，已结题，主持。


代表性论文
[1] Z.H. Xiang, R. Mercado,J. M. Huck, H. Wang, Z. H. Guo, W. C. Wang, D. P.Cao, M. Haranczyk, B. Smit, J.Am. Chem. Soc. 2015, 137,13301-13307.
[2] Z.H. Xiang, Z. Hu, D. P. Cao, W. T.Yang, J. M. Lu, B. Y. Han, W. C. Wang, Angew. Chem. Int. Ed. 2011,50, 491-494.[3]
[3] Y.H. Cheng, J. N. Guo, Y. Huang, Z. J. Liao, Z. H. Xiang*, Nano Energy 2017,35, 115-120.[5]
[4] Q. Q. Yang, P. Peng, Z. H. Xiang*, Chem. Eng. Sci., 2017,162, 33-40.[7]
[5] Z. Meng, J. T. Li, F. Huo, Y. Huang*, Z. H. Xiang*, Chem.Eng. Sci., 2017, 174, 222-228.[9]
[6] Z.H. Xiang, D. P. Cao, X. H.Shao, W. C. Wang, J. W. Zhang, W. Z. Wu, Chem. Eng. Sci. 2010, 65,3140-3146.
[7] Z.H. Xiang, D. P. Cao, J. H.Lan, W. C. Wang, D. P. Broom, Energy Environ. Sci. 2010, 3, 1469-1487.
曾获奖励
1.教育部自然科学一等奖（排名第二）；
2. 第九届侯德榜化工科技青年奖；
3. 北京市高校优秀共产党员；


论著专利
1.向中华; 谢呈鹏; 郭佳宁; 陈建峰; 罗勇; 王洁欣; 万刚; 李阳, 一种使用超重力法制备多孔共价有机材料的方法 , 2015.10.16, 中国, ZL201510674580.7
2.向中华; 李东明; 程元徽, 一种自支撑氧还原/析出双效氧电极催化剂及其制备方法, 2016.11.23, 中国, 201611037954.5
3.向中华; 郭佳宁; 程元徽, 一种析氢催化剂及其制备方法, 2016.06.29, 中国, CN201610500231.8
4. 向中华;郭佳宁;谢呈鹏,一种用于甲烷吸附存储的共价有机聚合物及其制备方法,2016.8.28,中国， CN201610743530.4
5. 向中华,谢呈鹏，欧阳亦轩,一种使用造纸黑液木质素制备活性炭的方法, 2016.8.21,中国, ZL201610697874.6
6. 曹达鹏, 张鹏，向中华,一种制备氮掺杂石墨烯的新方法,2013.4.10,中国 ZL201310123787.6；
7. 向中华，杨情情，万刚，一种提高染料敏化太阳能电池光电转换效率的方法， 2016.4.1，中国， ZL201610204216.9
8. 向中华，谢呈鹏，杨凤新，杨强剑，张伟，一种以聚乙烯醇为粘结剂的活性炭成型方法，2016.6.8，中国，CN201610405959.2
9. 向中华，杨凤新，刘晓云，牛明明，赵双，一种反应磨法制备边缘羧基化石墨烯和石墨烯的方法，2017.9.22，中国， CN201710862809.9
10. 向中华，程元徽，郭佳宁，李东明，张琪宇，一种氮、磷、氟共掺杂碳基混合电容材料的制备方法，2017.3.8，中国，CN201710136476.1
11.程元徽; 李东明; 向中华, 一种锌空气液流电池用空气电极结构及其制备方法中国, 2017.03.23, 中国, 201710179128.2
12.程元徽; 李东明; 向中华, 一种锌镍/空气混合型液流电池系统, 2017.09.06, 中国, 201710797591.3
13.程元徽; 向中华; 李东明; 郭佳宁, 一种氮、磷共掺杂碳基非金属氧还原/析出双效催化剂及其制备方法, 2017.6.30, 中国, 201710521211.3


讲授课程
化工能源导论
合作交流
与美国凯斯西储大学、美国亚利桑那州立大学Sefaattin Tongay课题组等国内外高校\研究所以及多家能源相关企业保持着密切的学术合作与交流。


招生需求
1、 要求化工、化学、高分子材料等相关专业，其他专业如果非常出色亦可酌情考虑；
2、 要求善于动手、勤于思考、工作勤奋、积极开朗，并且有一定的化学实验基础；
3、 要求有一定的阅读英文文献的基础。


所属团队或实验室网页介绍
北京化工大学化学工程学院分子能源材料研发中心(向中华课题组)成立于2014年，本中心隶属于“有机无机复合材料国家重点实验室”。分子能源材料研发中 心汇集了一批优秀青年学术人才，有很好的创造激情和浓厚的学术气氛，主要从事能源材料的分子设计与可控制备，具体涉及领域包括新型电催化/储能材料的研 发、太阳能电池、光解水制氢、燃料电池、金属电池、超级电容器与能源气体储存等。目前承担国家自然科学基金、科技部重点研发计划、北京市自然科学基金、企 业横向等项目，在《JACS》、《Angew. Chem. Int. Ed》、《Adv. Mater》、等权威刊物发表多篇高水平学术论文。本研究具备良好的实验条件，拥有各类纳米材料制备与表征仪器，如5台高温管式马弗炉、两台箱式马弗炉、 超临界干燥仪(SFT-100)、微波合成系统(CEM, Mars-5)、超纯净化手套箱(3台，一台做合成，两台做器件)、比表面分析仪（ASAP-2020）。本课题组还拥有全面的电化学表征平台（电化学工 作站，旋转圆盘电极，化学电源，电池测试评价系统）、太阳能电池制备平台和光解水系统等，可以满足新能源储存与转化方面的研究需求。此外，本课题组依托有 机无机复合材料国家重点实验室，加上北京化工大学“985优势平台”，具有球差扫描电镜、扫描电子显微镜(SEM)、高分辨率电子显微镜(TEM)、原位 高分辨TEM、热重分析仪（TG）、核磁共振仪、X-光电子能谱、X-射线粉末衍射仪等全方位表征仪器。
更多详情请见：https://mp.weixin.qq.com/s/4VVMqBeFOxx7ptEd2W064Q

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工业革命以来，人类消耗了大量的化石燃料来促进经济发展，然而这些燃料的燃烧将不可避免地排放出大量的二氧化碳，而二氧化碳被认为是导致全球变暖的主要温室气体。应对气候变化的综合战略是通过提高可再生环保能源和存储设备的利用率，构建清洁、低碳、安全、高效的能源体系，尽快实现碳中和。电化学储能转换技术因其能量转换效率高、环境污染小，已被公认为缓解日益严重的能源危机和环境破坏的最现实选择。因此，人们正在努力推广可持续能源储存和转换系统，如超级电容器和燃料电池。虽然这些电化学系统的工作原理不同，但它们都对材料的物理化学性质有着相似的追求，如高比表面积、良好的导电性、分级多孔结构、优良的电化学活性和选择性、长期稳定性，这决定了它们在电化学储能转换器件中的最终存储能力和转换效率。因此，寻找具有理想组成和结构的新型功能材料一直是未来电化学储能转换技术的重中之重。金属有机骨架（MOFs）材料及其衍生物由于具有高比表面积、丰富的孔隙、可控的形貌、结构规则以及杂原子原位掺杂等独特的优势在超级电容器和电催化氧还原领域显示出巨大的潜力。
        近期，北京化工大学向中华教授和郑州大学李冰洁副研究员等人系统地总结了纯MOF、MOF复合材料及其衍生物作为超级电容器和电催化氧还原电极材料的最新研究进展。从MOF基电极材料的合成策略、形貌/结构控制、组成成份调控和电化学性能评估等方面展开了详细的讨论。最后，本文总结了目前MOFs作为超级电容器和电催化氧还原反应电极材料面临的主要挑战、解决方案和潜在的发展趋势。
         首先，MOFs最常用的合成方法是水热法和溶剂热法，为了在短时间内制备出可控的MOFs晶体，人们尝试了微波加热、超声处理、电化学沉积和机械力化学等替代合成方法。此外，金属离子、阴离子、有机配体和溶剂等多种因素对MOFs的结构会产生影响。因此，通过调整这些参数，可以有目的地设计和制备目标MOF材料。目前使用的MOFs工艺存在两个主要问题:弱的化学稳定性和较低的电导率。为了克服原始MOF材料的缺点，扩大其应用范围，合成和研究了MOF复合材料。值得注意的是，组分之间和结构之间相互作用的协同作用使这些复合材料具有新的物理/化学性质，表现出很大的活性和稳定性。此外，合成一种理想的电极材料需要考虑一些重要因素，如简单、快速、耐用、活性位点多、比表面积、孔隙率、良好的导电性和合适的成本。由于其独特的组成和拓扑结构，MOFs被用于制备纳米碳、金属化合物以及金属化合物/碳杂化材料。

MOF基材料合成策略

         接下来阐述了超级电容器的工作原理。一方面，MOFs衍生多孔碳材料在超级电容器中产生的电容属于双层电容反应机制;另一方面，其他MOF基材料贡献的电容属于赝电容反应机制。此外，碳材料和其他MOF基材料可以分别作为正极和负极组装成非对称性电容器。并且总结了纯MOFs，MOFs复合材料及其MOFs衍生物在超级电容器中的发展现状。随后分别总结了在酸性和碱性电解质中电催化氧还原反应的机理以及面临的问题。近年来，MOF基材料作为ORR电催化剂得到了广泛的研究，因为其能够在分子水平上设计和调节化学成分，以及丰富的孔隙结构可以加速质量和电荷转移。因此从纯MOFs，MOFs复合材料，MOFs衍生的无金属碳材料，贵金属基碳材料和非贵金属基碳材料等方面对氧还原反应研究进展进行了总结和展望。
        本文综述了MOF基材料作为超级电容器和燃料电池电催化氧还原反应电极材料的最新进展。在过去的几十年里，配位化学对化学学科的发展产生了重要影响。基于各种MOF电极材料的超级电容器和电催化氧还原领域的发展也非常的迅速。然而，在MOFs的合成和后处理等方面仍存在一些挑战和改进的空间。一方面，精确地制备高电导率的MOFs并将其直接应用于能量储存和转换领域还有很大的挑战。另一方面，具有可控结构和形貌的MOFs衍生多孔碳或金属复合材料的合成有待进一步探索。此外，金属颗粒和碳在MOFs衍生复合材料中的键合效应、组分比例和颗粒分布也有待进一步研究。虽然MOF基材料在电化学反应中的广泛应用还面临许多挑战，但我们认为这一新兴领域值得更多的努力和关注。毫无疑问，MOFs将继续推动电化学领域的发展。从实践的角度来看，应该利用地球上丰富的元素来制备MOF基材料，以充分应对我们社会面临的紧迫的能源和环境挑战。通过不断的研究，我们将有机会在不久的将来见证一场新的可再生能源和环境科学的技术革命。