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实验室李昱教授在《National Science Review》发表生命复合材料综述成果

更新日期:2020-09-02

  近日,材料复合新技术国家重点实验室李昱教授和傅正义教授合作,在国际著名综合性期刊《National Science Review(国家科学评论)》上发表生命复合材料仿生等级孔结构合成及应用领域综述论文。论文题目是“Hierarchically structured porous materials: synthesis strategies and applications in energy storage”(等级孔结构材料的合成策略及储能应用),论文第一作者是实验室博士生吴亮,论文链接:https://academic.oup.com/nsr/advance-article/doi/10.1093/nsr/nwaa183/5896477。


   近年来,等级孔材料在储能应用领域的报道层出不穷,众多综述也从材料种类、反应类型及应用方向等多个角度总结了该领域的研究进展。但作为影响等级孔材料储电性能发挥的内在关键特征因素——孔结构参数目前还没有被系统地梳理,导致如何精准设计高效率等级孔结构材料缺乏有效的针对性指导,阻碍进一步提升它们的储电性能。针对这一问题,李昱教授和傅正义教授以等级孔材料的特征孔参数为研究对象,通过揭示和总结等级孔材料中“结构特征-储能性能”之间的关系,综述了等级孔结构材料在储能领域的研究进展。论文从孔结构参数的角度出发,讨论等级孔材料的等级组合数,既包括一个尺度内的双介孔结构,也包括跨两个尺度的微孔-介孔、微孔-大孔、介孔-大孔以及跨三个尺度的微孔-介孔-大孔等情况,通过不同尺度的孔道协同效应提升材料的电化学性能。论文也讨论了等级孔材料微孔和介孔对性能的影响,以及各级孔道尺寸定量匹配的广义默里定律和提升性能的机制。针对影响等级孔材料性能的孔道几何构型,分别从孔道形状(开放、半开放、封闭)、孔道排列(有序、无序)以及孔道取向(发散、平行)等三方面讨论了孔道结构对电化学性能的影响。论文总结了等级孔结构材料的不同孔参数与电化学性能之间的关联,为理解等级孔材料中“结构特征-储能性能”之间的关系提供了新的视角,也为进一步精准设计高效率等级孔结构储能材料提供了指导。
  材料复合新技术国家重点实验室-生命复合材料实验室李昱教授在仿生等级孔结构材料能源存储应用领域已发表了多篇有影响力的高水平研究论文。围绕物质传输和交换问题,原创性地将物质传输和交换中的质量变化引进到默里定律,揭示了高效物质传输性能等级孔道结构之间定量关系,建立了等级孔材料的设计理论——广义默里定律,为进一步揭示电子、离子、光子等物质在等级孔道扩散与反应机制提供理论依据,并提出了默里材料新概念(Nat. Commun., 2017, 8, 14921)。针对石墨烯与TiO2复合结构解析难题,结合电子显微学揭示了TiO2纳米片具有较高的(001)暴露面,此复合结构展示出超高的储锂稳定性,同时石墨烯能够有效提高电荷的转移和调控体积膨胀(Natl. Sci. Rev., 2020, 7, 1046)。采用导电聚合物聚苯胺(PANI)和多壁碳纳米管(CNTs)固硫,基于碳纳米管表面胺化有利于硫及多硫化物固定,设计合成三维网状结构复合材料,开发了高性能锂硫电池正极(Adv. Energy. Mater., 2018, 8, 1801066)。依据等级规律,通过拓展仿生等级孔结构自生现象,设计制备了多种结构氧化钛、氧化锰和氧化镍多层次组装的仿生等级孔微纳结构,并揭示了电极材料仿生等级孔结构高效储能效率和高稳定性的原理(Nano Energy, 2015, 16, 339; Nano Energy, 2015, 12, 833; Nano Energy, 2016, 22, 269)。同时,李昱教授联合实验室团队成员在等级孔材料的设计合成和应用方面还发表了多篇高档次综述论文(Chem. Soc. Rev., 2016, 45, 3479; Chem. Soc. Rev., 2017, 46, 481; Small Methods, 2018, 2, 1800171)。据悉,本次论文发表的期刊《National Science Review(国家科学评论)》,是由中国科学院主办,在全球多学科综合类期刊中排名仅次于《Nature》和《Science》。
  李昱,武汉理工大学教授、博导,入选省部级人才工程。研究领域为仿生等级孔结构材料的设计、合成及能源存储与转换研究。目前已发表SCI论文100余篇,国际国内期刊封面文章多篇,论文他引6800次,H因子50,授权专利40余项,国际会议中做特邀报告20余次,并6次担任分会主席,7次作为组委会成员组织国际会议。承担国家重点研发计划项目,基金委重点专项等,获湖北省自然科学一等奖1项(2019年,第三完成人)。
  傅正义教授,武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室主任、国家杰出青年基金获得者,世界陶瓷科学院院士、美国陶瓷学会会士。研究方向包括:多功能陶瓷与陶瓷基复合材料、结构/功能一体化复合材料,新结构与新材料体系探索;原位反应合成与制备新技术,高效烧结与加工新技术,材料过程仿生制备新技术。获国家技术发明二等奖2项、国家科技进步三等奖1项,获首届全国创新争先奖,获美国陶瓷学会John Jeppson奖、Samuel Geijsbeek国际奖和Ross Coffin Purdy奖等。