薄板结构微细特征制造的介观尺度效应-推荐国家自然科学奖.PDF

推荐国家自然科学奖项目公示 项目名称 一维储能材料的结构性能调控及原位作用机制 推荐单位 教育部 推荐单位意见： 我单位认真审阅了该项目推荐书及附件材料，确认全部材料真实有效，相关栏目 均符合国家科学技术奖励工作办公室的填写要求。 该项目针对储能材料领域存在的容量衰减快、能量密度和功率密度难以兼顾等国 际共性关键难题开展了系统研究，在一维储能材料的结构性能调控、原位作用机制等 方面取得了一系列创新性成果：揭示了电导率降低、结构劣化导致电化学储能器件容 量衰减的机制。发现化学预嵌入、原位包覆新方法可优化材料能带结构，有效提高电 导率，大幅改善电极材料的循环稳定性。发现构筑新的分级结构可抑制自团聚，有效 抑制结构劣化。提出了分级异质构筑、超长分级构筑、分级介孔构筑、自缓冲纳米杂 化构筑等 4 种结构与性能优化方法。基于上述发现点，制备了多种高性能一维纳米储 能材料。对推进国际一维储能材料研究与应用化进程、促进我国一维储能材料的自主 发展具有重要作用。 该项目8 篇代表性论文包括Nat. Commun. 1 篇，Adv. Mater. 2 篇，PNAS 1 篇，J. Am. Chem. Soc. 1 篇，Nano Lett. 3 篇，他引1155 次，单篇最高SCI 他引348 次，5 篇 入选ESI 高被引论文。项目组受邀发表Chem. Rev.封面综述论文1 篇、Adv. Mater. 综述 3 篇，还被Nature 邀请撰写综述论文。项目成果被国际锂电池先驱M. Whittingham 教 授等国际著名学者正面引用。项目部分成果获20 14 年湖北省自然科学一等奖。该项目 培养了国家杰青1 人、长江学者1 人、万人计划领军人才1 人。 对照国家自然科学奖授奖条件，推荐该项目申报2017 年度国家自然科学奖二等奖。 项目简介： 该项目属于材料科学领域。电化学储能材料与器件是属于国家中长期科技发展纲要 （2006-2020 ）中确定的重点领域“低耗能源与新能源汽车” 中的重要研究方向。容量衰 减快、能量密度和功率密度难以兼顾等是储能材料与器件领域存在的共性关键难题， 而高性能纳米储能器件被认为是解决这些国际难题的有效途径。一维纳米材料因快速 的轴向电子传输和径向离子扩散、具有可沿轴向集成金属接触电极等特性使其在原位 表征、提升材料电导率与结构稳定性等方面具有独特优势，是目前研究的前沿和热点。 该项目围绕一维储能材料的结构性能调控及原位作用机制，开展了系统深入的研究工 作，主要科学发现如下： (1) 揭示了电导率降低、结构劣化导致电化学储能器件容量衰减的机制，构建了单 根纳米线电极，原位检测充放电过程中电极的电输运性能，为解决储能材料容量衰减 等问题奠定了科学基础。 (2) 发现化学预嵌入、原位包覆新方法可优化材料能带结构，有效提高电极材料电 导率，大幅改善电极材料的循环稳定性。提出了二次水热预锂化、黄瓜状同轴纳米线 构筑、半中空同轴构筑等方法。锂化后纳米线单次容量衰减率降低至预锂化前的16%。 (3) 发现构筑新的分级结构可抑制自团聚，增加活性位点，降低材料界面阻抗，有 效抑制结构劣化。提出了分级异质构筑、超长分级构筑、分级介孔构筑、自缓冲纳米 杂化构筑等 4 种结构与性能优化方法，超长分级结构纳米线容量可达到常规纳米棒容 量2 倍以上，分级异质结构纳米线的容量保持率提高了25% 。 该项目揭示了容量衰减与电导率降低、结构劣化的本征规律。发现多种提升电极 材料电导率与结构稳定性的方法与机制。8 篇代表性论文影响因子全部大于9 ，平均影 响因子为14.13，其中包括Nat. Commun. 1篇，Adv. Mater. 2 篇，PNAS 1篇，J. Am. Chem. Soc. 1 篇，Nano Lett. 3 篇，被国际著名期刊Chem. Rev.等SCI 他引1155 次，5 篇入选 ESI 高被引论文。单篇最高SCI 他引348 次，被国际锂电池先驱M. Whittingham 教授 等多位本领域国际著名学者正面引用和高度评价。在包括美国MRS Meeting 在内的国 际会议做特邀报告20 余次。因该项目成果，项目组应Chem. Rev. (IF=37.369) 邀请撰 写封面专题综述，被选为ESI 前0.1%热点论文；还应邀发表Adv. Mater. 综述3 篇， 被Nature 邀请撰写综述论文；主办Nature 能源材料国际会