报告题目：基于纳米界面调控的能源转换与储存

报告人：周苇教授（北京航空航天大学）

报告时间：2020年11月15号下午2:30至5:30

报告地点：国家大学科技园阳光楼中401

电化学是实现电能与化学能转换的重要途径，发展高性能电催化材料是大幅度提升能量转化效率的最佳途径。电催化研究的关键科学问题之一就是如何有效调控电催化材料和反应中间体的相互作用。申请人通过界面耦合优化材料表面电子结构，实现复合材料对中间体吸附能的调控，最终实现优异的析氢（HER）和析氧（OER）电催化性能。如开发的Ni₂P-NiP₂空心纳米粒子催化剂，密度泛函理论计算证实电子在异质界面上从P向Ni的转移，降低了对H*的吸附能，构造出此类优异的HER催化剂。将它组装成碱性电解装置，可为1.5 V的干电池驱动发生水解。这种界面电荷转移的研究为设计高效多相催化剂提供了理论与实验的支撑（Adv. Mater. 2018, 30, 1803590，热点文章，ESI高被引论文）。基于此类工作，申请人围绕界面工程，利用晶体外延生长、静电作用诱导沉积生长等方法制备了一系列优异的催化材料，如耐酸碱腐蚀的全pH值HER催化剂PtNi@MXene，优异的低成本OER催化剂Fe₃N@Ni₂Co-LDHs，同时利于HER和OER催化的双功能催化剂NiCo₂S₄@N,S-rGO，一体化电极对Co₃O₄@碳布‖CoP@碳布，稳定性优异的一体化电极对NiO@泡沫镍‖Ni₂P@泡沫镍等。

储能的方式除了上述将电能高效转化为化学能，发展优异性能的储能材料也是一种重要的途径。随着5G时代到来，高容量微型集成化储能装置的发展迫在眉睫。铁系金属化合物作为一类低成本高容量储能材料，存在导电性差、结构不稳定等问题，严重影响器件寿命。基于纳米结构的界面调控，引入导电和结构支撑的双功能骨架（氮掺杂石墨碳、石墨烯、碳纳米管、NiSe单晶棒、MXene等），构造三维电子传输网络，进而提升复合材料的导电性及结构稳定性，最终实现了材料优异的长循环性能及倍率性能，为微型储能器件的发展提供了可行路径。如在150 A g^-1超大倍率电流密度下，Ni₂Co-LDHs@原子层Ti₃C₂ MXene复合材料的放电比容量比无原子层MXene支撑的Ni₂Co-LDHs提高了6倍，迄今LDH类材料未能比拟（Energy Stor. Mater., 2020）。而利用应力碎化增加Fe₃O₄@石墨碳界面可将材料容量提升45.2%（ACS Appl. Mater. Interfaces, 2020），构造的多层三明治结构型CoO/C纳米片组装体电极（J. Mater. Chem. A, 2019）在1 A g^-1时在1200次超长循环后仍具有100%库伦效率且容量保持率接近100%。此外构造的双层碳基蛋黄-蛋壳结构NiCo₂S₄-Ni₉S₈-C空心微球（Chem. Eng. J. 2020），2nm厚NiCo LDH包覆NiSe单晶纳米棒生长在泡沫镍上的一体式电极（Batteries & Supercaps 2020），NiS八面体@(C QDs+rGO+CNTs)（Electrochim. Acta 2019），三明治型CuCo₂S₄/rGO（J. Alloys Compd., 2020）、Ni₃S₂纳米碗@rGO（Nano Energy 2015）等均具有显著提升的电化学性能。

报告人简介：

周苇，北京航空航天大学教授，博士生导师，先后入选国家“优秀青年科学基金”（2016）、“北京市科技新星”（2017）、教育部“新世纪优秀人才”（2013）。

2006与2010年分别在北京航空航天大学材料科学与工程学院和红宝石hbs0022平台获硕士、博士学位，2011与2012年先后获得北京市优秀博士学位论文奖以及全国优秀博士学位论文奖。其后于美国伊利诺伊香槟分校（UIUC）化工与生物分子工程系进行访问研究。

主要研究方向：基于纳米功能材料的电化学特性而开展的能源转化与存储研究。在锂离子电池、超级电容器、电催化析氢与析氧。在Chemical Society Reviews、Advanced Materials、JACS等期刊上发表SCI论文70余篇，其中3篇入选“ESI高被引论文”，1篇为“热点论文”；作为第一发明人获授权发明专利2项，专业译著1部。在欧洲材料学会年会（E-MRS）、国际电化学会年会（ISE）、中国化学会、全国电化学大会、ChinaNano等国内外学术会议做报告20余次。作为负责人承担国家自然科学基金重点项目子课题、国家自然基金面上项目等国家省部级项目10余项。任教育部博、硕士论文评阅专家，Frontiers in Nanotechnology期刊Nanocatalysis编委会编审专家，及Adv. Mater., Adv. Sci., J. Mater. Chem. A，Nanoscale，Chem. Eng. J.等20多个国际学术刊物的特约审稿人。