Carbon4Energy

简介 We Provide Carbon-Based Chemical Solutions for Energy Conversion and Storage

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实验室简介

我们致力于：①使用有机分子如甲酰胺、聚偏二氯乙烯等，经历不同碳化转化路径、耦合反应的引入及辅助组分的使用，实现原子级分散的金属、非金属、碳缺陷在碳纳米材料中的稳定、高量掺杂修饰及优化调控，通过系统、精细的表征，结合模拟计算等手段，明确原子级分散位点的结构特征及其对基础电化学应用性能提升、促进机制，获得一系列高效、廉价、可宏量制备的碳基纳米材料。②通过新工艺设计，同步实现一体化柔性碳膜结构的制备、原子级功能组元（如金属、团簇、非金属、碳缺陷）的引入及多级结构化，支撑电化学催化、储能的规模器件化。③经由表面碳质包覆、转化，实现特种纳米晶体表面原子级金属组分的稳定担载和功能化修饰，探索其海水电解制氢、氮气电氧化、机械催化化学等方面的应用。④通过喷墨打印、丝网印刷等微加工工艺实现聚合物、碳材料等的柔性能源器件，开发柔性超级电容器、水系锌离子电池、可拉伸电池等应用。

成员

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张国新

王丹妮

王一棪

常营娜

李宗阁

邵林

刘文强

程华龙

新闻博客

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能源储存与转换专题学术研讨会顺利举行

2021年4月27日，能源储存与转换专题学术研讨会在机电工程学院518会议室进行。山东科技大学张国新教授和广州大学孙中辉教授分别就各自研究领域做了相关汇报。此次会议由机电工程学院刘治明教授主持，与能源储存与转换领域相关的教师和学生参加了本次会议，并就该领域前沿问题与两位报告人展开了深入的探讨。张国新教授在研讨会上作了题为《功能碳材料--从有机到无机》的主题学术报告，分享了近年来原子级组分修饰的碳材料的两种制备方法：（1）基于聚合物脱卤策略高效、低能耗制备杂原子掺杂碳材料；（2）基于甲酰胺化学高效制备原子级分散的金属氮碳材料。

组内博士参加中国化学会第32届学术盛会

第一次Energy&Materials Workshop顺利举行

于2021.1.22，来自山东科技大学张国新教授、王亚群副教授、林燕讲师，青岛科技大学刘治明教授、李慧芳教授、王晓君讲师，中国石油大学（华东）潘原教授，广州大学孙中辉教授等多方紧密合作的伙伴就Materials Solutions for Energy Applications议题进行了广泛而深入的研讨，取得了较大程度的共识，并引发更进一步的合作契机。

研究

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一、自下而上合成碳纳米材料及其面向电化学能量存储、转化的功能化优化调控

有机碳源来源广泛、转化路径丰富，支持碳终产物性质及性能的多角度优化调控。我们致力于：使用有机分子如甲酰胺、聚偏二氯乙烯等，经历不同碳化转化路径、耦合反应的引入及辅助组分的使用，实现原子级分散的金属、非金属、碳缺陷在碳纳米材料中的稳定、高量掺杂修饰及优化调控，通过系统、精细的表征，结合模拟计算等手段，明确原子级分散位点的结构特征及其对电化学性能提升的促进机制，针对宽领域的电化学催化、储能应用，如氧气还原反应（2e/4e ORR）、氧气/氢气析出反应（OER/HER）、氢气析出反应（HER）、水/氮气氧化反应（WOR/NOR）、catalytic S host、Li plating/stripping，获得一系列高效、廉价、可宏量制备的碳基纳米材料。

二、柔性、一体化碳质功能膜结构的研发及电化学催化、储能应用研究

碳质膜结构如碳纸、碳毡、碳纳米管纸、石墨纸等占据电化学催化、储能器件化应用举足轻重的地位，但其本身较少输出催化功效，这是由其制备工艺决定的。鉴于此，我们期待通过新工艺设计，同步实现一体化柔性碳膜结构的制备、原子级功能组元（如金属、团簇、非金属、碳缺陷）的引入及二级结构化，支撑下述电化学催化、储能的规模器件化：锂硫电池（正极host、正极侧interlayer、功能separator、Li/Na金属负极功能current collector）、平面式/柔性水系金属（Zn/Al/Mg）空气电池（阴极catalyst layer/current collector）、质子交换膜燃料电池（阴极catalyst layer/current collector）、电促水分解制氢（in alkaline/saline water）等。

三、碳质衍生的纳米晶体材料的创制、原子级功能化及催化应用研究

纳米晶体催化剂已在能源、环境、生物、药物等领域广泛应用，其高效的活性主要来自表面暴露的晶面取向、丰富的缺陷/位错等不饱和结构，近些年来研究发现，利用上述晶体表面的不饱和结构担载原子级分散金属，可实现更高的催化活性和选择性，因此，构筑高效、稳定的金属原子—纳米晶载体界面具有重大科学和实际意义。鉴于此，我们致力于经由表面碳质包覆、转化，实现特种纳米晶体（如CeO₂、Mxene、TiN、MoS₂、PbZr_xTi_1-xO₃、LiNbO₃等）表面原子级金属组分的稳定担载和功能化修饰，探索其海水电解制氢、氮气电氧化、机械催化化学等方面的应用。

相册

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