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[成果]
1600100521
江苏
TM2
应用技术
石墨及其他非金属矿物制品制造
公布年份:2015
成果简介:该项目主要属材料与化学工程学科领域,并与新能源技术学科领域有所交叉。能量的储存和转换问题是新能源利用的关键所在,各种便携式电子设备的快速发展,迫切需要寻求高密度、长循环寿命、廉价清洁的新型储能材料。该项目利用氧化石墨的高比表面积和独特的二维结构,面向燃料电池、超级电容器和固体推进剂等能源领域,建立了(氧化)石墨烯和金属颗粒、金属(氢)氧化物、导电高分子三类杂化材料的通用制备方法,构筑出面向能源的多种高性能石墨烯杂化材料,揭示了不同杂化结构材料的形成机理,为能源高效利用中氧化石墨烯材料的特色结构调控和设计开发奠定了科学基础。主要学术成果包括:1.深入研究了氧化石墨表面的含氧基团与不同高聚物的官能团之间的相互作用,设计了双亲氧化石墨烯的制备及改性方法,解决了氧化石墨烯亲水不亲油的问题,并阐明了其双亲作用机理,为制备高性能石墨烯杂化材料提供了理论前提。2.提出“醇-水双重溶剂结构控制”调控设计微结构的新思想,建立了制备(氧化)石墨烯-金属粒子杂化材料的普适性方法,实现了多种金属颗粒(Pt,Pd,Au,Ag)与石墨烯的均匀可控杂化;设计出催化性能优良的石墨烯杂化材料,克服了甲醇和甲酸燃料电池催化剂易中毒的难题,拓展了石墨烯基材料的应用领域。3.利用静电吸引、双重溶剂配位和原位沉积的原理,进一步将醇水结构控制的思想发展为制备石墨烯-(氢)氧化物杂化材料的通用方法;构筑出多种高性能的石墨烯杂化纳米结构电极材料,实现了石墨烯和金属氧化物(MnO2、Co<,3>O4、Cu<,2>O、Ag<,2>O、ZnO、MFe<,2>O<,4>等)、氢氧化物(Co(OH)2、Ni(OH)<,2>)杂化材料的可控合成。提出双重效应用于超级电容器电极材料的结构设计思想,阐明了石墨烯杂化材料的“协同储电效应”,研制出高储能密度、长循环寿命的电极材料,为设计和开发高性能超级电容器电极材料提供了新的思路。4.提出了“混合溶剂中导电高分子在石墨烯平面上取向生长”的新思想,解决了导电高分子材料在石墨烯片上负载不均匀的问题,为高性能、高稳定性石墨烯杂化材料的有机合成提供了重要的理论和技术指导。构筑出高储能密度的石墨烯-聚苯胺杂化电极材料,为解决超级电容器能量密度偏低的问题提供了有效途径。5.通过特殊的配位和微纳结构设计,研制了高活性石墨烯杂化催化剂,解决了高氯酸铵能量利用率偏低的问题,克服了高氯酸铵固体推进剂中原有催化剂功能单一、严重的挥发和迁移问题。2006年以来,项目共发表SCI论文60余篇,申请发明专利20项,其中已授权12项。20篇代表性论文他引3272次,其中SCI他引3100余次,SCI他引超过100次的有10篇,单篇最高SCI他引708次,入选ESI数据库高被引论文12篇。包括美国科学院、工程院及艺术与科学院三院院士M.S.Dresselhaus教授、第三世界科学院院长C.N.R.Rao院士、美国艺术与科学院院士H.J.Dai教授等著名学者对项目工作给予了肯定和评价。