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丁轶教授团队介绍
2019-11-21 11:10   审核人:

 

一、团队介绍

丁轶教授团队目前有成员14人,其中教授3人(丁轶、何广、赵云峰),副教授5人(邓齐波、刘喜正、袁克东、张维青、何佳),讲师4人(申勇立、印会鸣、肖子辉、安翠华),团队研究助理2人(王建、刘江云)。实验室面积1300平米,博士后、博士研究生、硕士研究生50多人。

二、团队科研工作简介

丁轶教授团队围绕纳米多孔材料在新能源与低碳技术领域的应用,开展以下三个方面特色研究:

研究方向一:纳米多孔金属材料

纳米孔材料的特点为在材料内部存在大量纳米尺度的孔洞,而材料在外观上既可以是纳米粉体也可以是宏观材料。以脱合金法制备的纳米多孔金属材料,在保持金属自身特性如导电性、延展性、稳定性的同时,还具有孔隙率高、活性位点多、比表面积高等特性,是一类新型纳米功能材料(图1)。

1:纳米多孔金属薄膜的光学、透射电子显微镜及三维重构形貌图

本方向将围绕新型纳米多孔金属材料的设计开发,调控材料的组成、孔隙率、比表面积、表面晶面、原子组成等特性,研究其在光电催化、有机催化、燃料电池、超级电容器等领域的应用,并通过理论模拟、力电耦合等手段指导材料合成、理解催化过程、探究催化机理、建立构效关系。

代表性论文:

Nature Energy, 2017, 2, 17111;Adv. Mater., 2017, 29, 1703601;Angew. Chem. Int. Ed., 2015, 54, 12981;Nano Lett., 2014, 14, 1172;Energy Environ. Sci., 2012, 5, 5281;Adv. Mater., 2010, 22, 1845.

研究方向二:基于多孔电极材料的新型电池

随着传统化石能源的逐渐枯竭及日益严重的环境污染,人们对新型储能技术的需求越来越迫切。(图1)

1各类主流储能技术的能量与功率密度比较

团队主要围绕多孔电极材料,开展其在新型储能器件领域的特色研究。研究的二次电池包括:锂离子、钠离子及锂硫电池、金属空气电池(锂空及锌空);超级电容器包括:赝电容超级电容器、混合电容超级电容器及光辅助充电超级电容器;燃料电池包括:氢氧燃料电池、液体燃料电池(甲醇、甲酸、水合肼)。

2以纳米多孔金属复合电极为基础制备的超薄全固态超级电容器

以多孔金属电极为基础,可原位制备复合电极,用于超级电容器的研究。如图2所示,在超薄纳米多孔金电极上原位制备聚吡咯复合电极,进而结合凝胶电解质组装成柔性全固态超级电容器,电容器的厚度仅为600 nm,在应用于可穿戴电子等领域。

纳米多孔金属材料在燃料电池及二次电池领域展示了良好的性能。课题组制备的基于纳米多孔金催化的甲酸燃料电池电堆获得了高能量密度及长寿命(图3)。以纳米多孔Si/Cu0.83Si0.17/Cu为电极制的锂离子电池,在经过500圈循环充放电后,仍然保持高容量(820.4 mAh g-1)。

3以纳米多孔金属材料制备的燃料电池电堆及其性能

代表性论文:

Adv. Mater.,2018, 30, 1801152;Adv. Mater.,2017, 29, 1606922;J. Mater. Chem. A,2016, 4, 9670;J. Mater. Chem. A,2016, 4, 920;NanoEnergy,2014,10, 125;J. Mater. Chem. A,2014, 2, 14822;Adv. Mater.,2011, 23, 4098.

研究方向三:气体吸附、分离与催化转化

经功能化设计的纳米多孔材料对混合气可实现高效率、可再生、高选择性分离,有效避免了传统基于化学吸附造成的设备腐蚀、再生高耗能、吸收剂挥发等问题。

针对温室气体捕获、分离及存储领域对绿色吸附分离材料及技术的需求,通过针对性的设计调控,采用杂原子掺杂、孔道表面修饰、孔结构及尺寸精确控制等手段,成功制备了系列新型纳米孔碳材料(图1)、多孔有机聚合物材料(图2)及有序介孔材料,总结了高性能吸附分离材料的设计理念及评价标准。

Figure 1-1 copy -1.jpg

1具有三连续结构的氮掺杂碳多孔吸附剂的结构及组成信息

如针对烟道气中CO2含量低、湿度大、分离困难的实际问题,设计制备了一类全氟代多孔有机聚合物材料(FCTF-1)。氟原子的引入导致孔道窄化至超微孔(小于0.7 nm)范围、骨架极性增加、孔道表面疏水等三方面影响。FCTF-1即使在湿烟道气情况下也可保持80%以上的吸附分离能力,因此FCTF-1具有潜在用于烟道气分离的可能。课题组自主设计搭建了一套高精度的动态吸附分离装置,可测试各类纳米孔材料对真实混合气的实际分离效果。已成功实现了对烟道气(CO2/N2)、沼气(CH4/CO2)、煤层气(CH4/N2)及乙烯原料气(C2H4/C2H2)等混合气的绿色分离。

2全氟代有机多孔吸附剂的结构及其干湿烟道气分离研究

针对温室气体尤其CO2的影响日益突出的问题,课题组还开展了基于纳米多孔材料的CO2电催化转化研究。目前已经开展了金、银、铜及其合金等纳米多孔金属材料的CO2电催化转化研究。基于以上研究,可在本方向实现完美的碳循环(图3)。

3方向研究示意图

代表性论文:

Energy Environ. Sci.,2013, 6, 3684;Angew. Chem. Int. Ed.,2015, 54, 574;Nature Commun., 2015, 6, 7328;Chem. Mater.,2012, 24, 4725;Carbon,2015, 92, 297.

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