[00124207]纳米复合材料的结构设计与电化学性能研究

本项目主要基于聚合物/无机物纳米结构复合材料的化学组成和微结构调控,在电化学储能、传感器领域等应用研究取得了一系列特色研究成果。在Nature Commnun.,JACS,Angew. Chem. Int. Ed.,Energy Environ. Sci.,Adv. Energy Mater.等期刊上发表SCI论文140余篇,14篇论文入选ESI高被引论文,h因子40,授权发明专利7项。主持国家自然科学基金3项,省部级项目3项。入选2013年度教育部“新世纪优秀人才”和陕西省“青年科技新星”。荣获2016年陕西省青年科技奖和2017年度陕西高等学校科学技术奖一等奖（第一完成人）。代表性工作阐述如下： （1）以丙烯酸酯类物质为单体,通过简便快速光固化方法制备了新型的离子导电弹性体,实现了电子导体极难实现的兼具导电性、高透明性（93%）和可变形特性（断裂伸长率＞1000%）,且展现了它在透明和柔性触摸传感器上的应用前景。高热分解温度,高分解电压,对普通金属电极无腐蚀性,该离子导电弹性体为其他柔性电子器件以及软机器等领域提供了理想的材料。将该类材料中填充不同类型的溶剂,还可实现高电导率（10-3S cm-1）、低玻璃化转变温度（-99℃）等特性,有效提升了电活性软材料的应用范围,作为凝胶电解质具有在锂离子电池中应用的潜力。美国乔治亚理工学院Woon-Hong Yeo研究团队在可穿戴导电应用综述中配图并大篇幅介绍了离子导电弹性体工作,高度评价该弹性体的高伸缩率、高离子电导率、高透明度、高稳定性、疏水性和无腐蚀性等优点（Adv. Mater., 2019, 1901924.）。 （2）提出了利用聚合物空心碗状结构缓冲电极材料体积形变和提升填实密度新思路,实现了碗状空心颗粒空腔尺寸的精确控制,获得了聚合物碗状空心颗粒的批量制备方法。证明了碗状碳材料提升材料电子传导特性、纳米片结构提高离子传输特性的作用机制,引发了碗状结构材料的研究热潮。提出通过聚合物空心模板构造空心碗状结构的二氧化锡材料,将填实密度提高了30%,100次循环容量达到963 mAh g-1。根据上述原理制备了空心碗状碳支撑的氧化镍纳米片。美国科学院院士加州大学圣巴巴拉分校G. D. Stucky教授引用空心碗状的工作说明碗状结构材料在储能方面的应用：碗形颗粒由于在储能,光学,生物医疗等方面的应用已经引起了广泛关注（JACS, 2015, 137, 9772-9775）。 （3）设计了“二维加一维”的新结构,实现了二维纳米结构材料在一维载体表面的组成、微结构的精准调节,并揭示了二维纳米结构材料在一维载体表面生长的聚合物诱导机制,确立了一维载体的组成、晶型、孔结构,二维纳米结构和电极材料电化学性能的构效关系,提升了多种过渡金属氧化物和硫化物的电化学储能性质。候选人创造性地提出在介孔碳CMK-3的外表面上负载NiCo2O4,MoS2纳米片的新思路,获得了“nanosheets on Channel”结构（代表作3,他引94次;代表作4,他引288次）。新加坡南洋理工大学的Zhichuan Xu教授（Adv. Energy Mater. 2017, 7, 1601424）对我们的工作进行了配图和大篇幅的引用,指出这种特殊的结构展示出好的循环性能和倍率性能。 （4）设计了“二维加二维”新结构,揭示了在二维结构金属氧化物在二维载体石墨烯表面的柠檬酸钠诱导生长机制;利用石墨烯的高导电性和纳米片缓冲形变的协同作用提高了过渡金属氧化物的电化学性能。基于柠檬酸钠和六次甲基四胺诱导机制在石墨烯上组装了纳米片,形成了“片上片”结构,纳米片相互支撑,减少了团聚,增加导电性,实现了离子的快速嵌入和脱嵌,提升电化学性能。加拿大工程院院士孙学良教授配图评价我们的纳米片复合材料表现稳定的循环性（Adv. Energy Mater., 2016, 6, 1502175）。