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本项目所属学科为低维无机非金属材料。新能源汽车是十三五规划中重点支持的战略性新兴产业,电化学储能器件作为新能源汽车的核心部件,其能量密度、功率密度、循环稳定性无法满足日益增长的性能要求。一维纳米材料因具有比表面积大、轴向电子通道连续、径向离子扩散距离短等优势,能有效提高电极材料的电活性,是目前研究的前沿和热点。但传统一维纳米电极材料面临容易发生自团聚、比表面积低、电导率低、晶体结构稳定性差等关键问题。本项目在国家自然科学基金等科研项目的持续支持下,在高性能一维纳米储能材料的复杂结构构筑、晶体结构调控、性能增强等方面开展了系统深入的研究,取得的重大科学发现和成果如下： 1、提出了构筑纳米棒/纳米线分级结构、纳米棒搭接组装纳米线结构、纳米带/纳米卷自缓冲结构等六种复杂分级结构的构筑模型,发现上述结构抑制了自团聚,增加了活性位点。有效提升比表面积,缩短离子扩散距离。提供了有效导电通道,大幅提高材料的电导率,提升倍率性能和循环稳定性。分级异质结构纳米线的容量保持率提高了25%,以分级介孔纳米线为电极材料的锂空气电池容量达11000 mAh/g以上。 2、提出了三种导电物质包覆金属氧化物的制备模型,构筑了黄瓜状同轴纳米线、半中空双连续石墨烯卷包覆结构等复杂同轴纳米线结构,发现石墨烯、导电聚合物可明显提高材料的电导率和循环稳定性,包覆物质与本体材料之间的电子转移与界面特性显著提升了材料的电化学性能。相比于包覆前,黄瓜状MnO2/PEDOT/V2O5 同轴纳米线的单次衰减率下降70%,H2V3O8/石墨烯半中空双连续纳米线的容量在大电流密度下提升了4.5倍。 3、提出了电化学预钠化方法,改善纳米线材料的本征结构,发现预嵌入可有改善电解液离子扩散,提高材料的循环稳定性。电解液离子在NaxMnO2（x=0.7和0.9）的扩散速率得到大幅提升,促进了二氧化锰的氧化还原反应过程,能量密度提高10倍,1000次循环后容量保持率达到99.9%。 项目发表SCI论文45篇,其中10篇代表性论文中9篇影响因子大于9,包括Nature Commun. 1篇,Adv. Mater. 2篇,PNAS 1篇,J. Am. Chem. Soc.1篇,Nano Lett. 3篇,代表性论文被国际著名期刊Science、PNAS等SCI他引739次,10篇代表性论文平均影响因子为12.461,6篇入选ESI高被引论文,单篇最高SCI他引278次,被国际著名电化学专家Yury Gogotsi教授等多位本领域国际权威学者正面引用和高度评价。应邀参编Elsevier出版的专著1部,在美国MRS Meeting等国际会议做特邀报告20余次。第一完成人麦立强应Chem. Rev. （IF=45.661）邀请撰写封面专题综述,当月5篇高下载阅读量论文中名列第一,被选为ESI热点论文;应邀担任会议主席举办Nature能源材料国际会议、美国MRS能源材料表征分会、第十届中美华人纳米论坛等重要学术会议;获2014年国家杰出青年基金资助,入选国家百千万工程,并被授予“有突出贡献中青年专家”称号。荣获中国青年科技奖、光华工程科技奖等。
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