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广西电化学能源材料重点实验室2020年度工作年报

发布日期:2021-01-08 作者:wei 来源: 广西电化学能源材料重点实验室 点击:


一、研究工作与成果水平

(一)实验室申报国家自然科学基金项目的情况和成效。

2020年实验室团队成员积极申报国家自然科学基金,通过组织人员内部审核、互评、学校预评审等方式提高项目申报书质量,2020年度实验室新增2个国家自然科学基金项目:

1、新型过渡金属双亚胺吡啶基配体聚合物衍生碳基燃料电池氧还原催化剂的分子水平设计、制备及催化机理研究,国家自然科学基金面上项目,60万元,2021.01-2024.12,项目负责人:田植群;

2、新型过渡金属双亚胺吡啶基配体聚合物衍生碳基燃料电池氧还原催化剂的分子水平设计、制备及催化机理研究,国家自然科学基金-地区科学基金项目,35万元,2021.01-2024.12,项目负责人:王双宝;

(二)实验室最新研究进展,承担省部级及以上项目(基金)的完成情况,研究成果的水平和影响(获奖、专利和论文等)。

1、项目:

实验室目前承担国家级项目14项,包括1项国家自然科学基金-联合基金项目,1项国家重点研发计划,3项国家自然科学基金-面上项目,8项国家自然科学基金-地区科学基金项目,1项国家自然科学基金-青年基金;承担省部级项目21项,其中包括1项广西创新驱动发展专项(科技重大专项)和1项广西重点研发计划项目;实验室承担其他委托项目17项。

2、获奖:

1)获得2019年度广西科学技术奖励自然科学类一等奖(广西壮族自治区科学技术厅)

2)获得2019年度广东省自然科学一等奖(广东省人民政府)

3)由沈培康编著的《电化学氧还原的理论基础和应用技术》获得第二十七届中国西部地区优秀科技图书一等奖(中国版协科技出版工作委员会)

3、专利:2020年申请专利4项,获得授权9项。

4、论文:2020年发表SCI论文101篇,其中一区文章57篇。

(三)实验室承担的重要项目、重大研究成果典型案例(13项),请在附件中附相关原文或图片。

1、石墨烯基能源材料的制备及应用

实验室团队研究并发表5篇高质量论文,首次提出原始创新的立体构造石墨烯粉体及宏量制备策略,解决了石墨烯粉体易团聚的难题。发展出新型石墨烯基非贵金属全水解双功能催化剂,优于现有最好的贵金属电催化剂,实现了水电解催化剂的非铂化;开拓了石墨烯基能源材料在锂离子电池、锂硫电池、铅蓄电池、超级电容器等领域的应用。建有年产15吨的立体构造石墨烯粉体中试生产线,开发了改性沥青、改性混凝土、改性高分子材料、改性润滑脂、改性切削液、改性电池、改性涂料等,部分实现大规模应用。

2、高效非贵金属水解催化剂的制备

实验室团队研究并发表论文11篇,影响因子>102篇。氢气是未来人类理想的燃料。电化学水解是氢气制备的一种有效途径。铂及其合金是使用最为广泛的水解催化剂,但其资源稀少,成本昂贵,因此开发非贵金属催化剂十分重要。电化学能源材料重点实验室研究团队发明了多种非贵金属催化剂,在国际一流刊物发表了系列文章。

3、高效氢能源燃料电池催化材料

实验室团队发表论文14篇,影响因子最高16.683.氢能源燃料电池是具有发展前途的新的动力电源。具有转换效率高,容量大,比能量高等优点,在未来电动汽车,船舶等方面具有广泛的应用前景。电极催化材料作为其核心元素,其性能,成本对于氢能源燃料电池的商业应用至关重要,新型燃料电池催化材料的制备十分重要。电化学能源材料重点实验室研究团队开发了多种氢能源燃料电池催化材料,包括新型纳米框架结构高效Pt合金催化剂,非贵金属催化剂以及纳米复合催化剂,在国际一流刊物发表了系列文章。

4、直接醇类燃料电池催化材料

直接醇类燃料电池因具有安全可靠,比能量高,使用方便的优点而受到广泛重视。电极催化材料作为其核心元素,其性能,成本对于醇类燃料电池的商业应用至关重要,新型催化材料,特别是可应用于酸性条件下非贵金属催化剂的开发是一个全球性巨大挑战。电化学能源材料重点实验室研究团队开发了多种低成本且性能优良的催化材料,在国际一流刊物发表了系列文章。

以上成果发表在Advance Materials(影响因子25.809)、Applied catalysis B(影响因子14.229)ACS Catalysis(影响因子12.221)、Journal of Materials Chemistry A|(影响因子10.733)等国际核心期刊上。

(四)实验室研究平台构建情况。

本重点实验室培育基地依托单位广西大学可再生能源材料协同创新中心,实验室目前建筑面积为10000平方米。超过10万元科研仪器设备45/套,总价值6723万元,拥有大批世界先进的大型试验仪器如环境球差电镜(全国首台)、现场扫描电镜、高温X光射线衍射仪、显微拉曼光谱、电化学现场原位红外光谱仪、原子沉积系统等。

二、队伍建设与人才培养

(一)实验室队伍的基本情况。

实验室固定成员31人,流动人员18人,其中正高职称19人,副高11人,中级14人,博导10人,硕导22人,具有博士学位38人,中青年为主,平均年龄40岁,其中40岁以下成员24人。

实验室成员中,包括国家有突出贡献中青年专家、国家百千万人才工程国家级人选1名,八桂学者1名,广西特聘专家1名,广西百人计划专家3名,广西杰青1名,广西卓越学者1名;成员还获得全国五一劳动奖章、广西五一劳动奖章、宝钢优秀教师奖等。

(二)实验室队伍建设和人才培养的措施与取得的成效。

1、充分利用学校人事政策,积极引进高水平人才

广西大学为加强重点实验室建设,专门设立了人才小高地和人才特区。重点实验室通过媒体等平台,发布广告,邀请海内外人才访问中心,进行面对面交流等办法,积极引进中心建设急需的高水平人才。

2、加强现有专职人员的培养工作

1)实施国际化培养。与国外多所高水平大学建立紧密学术合作关系,创造条件,鼓励实验室研究人员到国外讲学、进修、参加学术会议,提高研究队伍的国际化水平。

2)广泛开展国内学术交流。定期邀请国内外著名专家教授在广西大学举办报告,讲座。鼓励研究人员积极参加相关学术会议和培训。

3)加强团队建设。充分利用人才小高地等基金,充分发挥学术带头人作用,建设高水平研究团队。

3、培养的学生中有6位获得广西大学校级优秀毕业论文奖,有6位被评为广西大学优秀毕业生称号。并有一位学生获得宝钢优秀学生,国家奖学金等。

(三)本年度引进和培养的优秀人才典型案例(以固定人员为主)。

2020年引进林伟英教授:

林伟英教授,男,1968年出生,广西大学化学化工学院院长,任国际顶级学术期刊Sensors and Actuators B-Chemical(SCI一区,影响因子7.1)Associate Editor(副主编),长期专注于荧光探针与生物医学成像方面的研究,做出了较系统性的研究成果。发展了能量传递、双光子、近红外荧光平台作为活细胞、活组织、活体内识别生物分子的新策略,挖掘了有机小分子荧光探针信号传递新机制,已构建了300多种新型化学探针。作为通讯作者已发表高水平论文300余篇,其中包括自然子刊Nature Protocols(2)Chemical Reviews(影响因子52.7)Chemical Society Reviews(影响因子42.8)Accounts of Chemical ResearchJournal of the American Chemical SocietyAngewandte Chemie International EditionAdvanced Materials等,影响因子超20的文章10篇。作为通讯作者应邀撰写3个专章,已申请国家发明专利100多项。化学ESI全球排名top1%,论文被SCI引用1.5万次,单篇SCI引用最高1230次,单篇SCI引用超过200次有15篇,单篇SCI引用超过100次有36篇。国家有突出贡献中青年专家、国家百千万人才工程国家级人选。入选爱思唯尔(Elsevier)发布的2019年中国高被引学者(Chinese Most Cited Researchers)榜单。应邀担任中国科学探索奖提名专家。

三、开放交流与运行管理

(一)实验室相关规章制度建设情况。

本实验室严格按照《广西壮族自治区重点实验室建设与运行管理办法》和广西大学可再生能源材料协同创新中心实验室相关管理规定进行运行和管理,并根据实际情况制定了《广西电化学能源材料重点实验室培育基地规章制度手册》,规章制度均挂在实验室各个房间。

(二)实验室开展学术委员会活动情况。

每年学术会议定在11月份召开,2020年暂未召开。

(三)开放课题及执行情况,利用开放基金完成的优秀成果案例(3项左右)。

2020年设立11个开放课题,共计33万元。

1、基于AIE材料电化学发光传感器研究-龙凌亮

2、基于MOF纳米材料的电化学生物传感器的应用与研究-杨婵

3DNA电化学传感器用于核酸肿瘤标志物的检测-莫柳婷

4、石墨烯改性新材料的研制-董丽辉

5、石墨烯基电化学材料和器件的构建与应用研究-王益林

6、电催化能源材料(燃料电池、全水电解等)-喻泽斌

7、噻吩类电化学传感器的构建及其应用-刘海波

8、高效CH3NH3PbI3-xClx敏化石墨烯基ZnO太阳能电池的结构及其光电性能的研究-周立亚

9、新型三聚咔唑光伏材料的制备与应用研究-唐永和

10、含磷有机小分子光电材料的合成及性能研究-江俊

11、基于三苯胺基有机聚合物的光电性能的研究及应用-郭锐

2019年的开放基金10项,优秀成果代表:

优秀成果代表1

赵钟兴-高比表面的Cu多晶相泡沫催化剂的研究

针对Cu金属催化剂反应过程不稳定和活性较低的问题,提出采用HKUST-1CMC聚合物复合,并通过模板牺牲法煅烧得到高比表面的Cu多晶相泡沫催化剂(Cu/CuxO/C)。同时研究了不同碱性N化合物原位掺杂对Cu多晶面泡沫催化剂催化性能的研究。所制备的催化剂其比表面积可达169m2/gN含量在1.2-1.4%之间。研究发现碱性N可以很好地与HKUST-1中的Cu配位,之后在煅烧过程中抑制Cu的完全还原,这是导致最终多晶相Cu/CuxO生成的原因。同时N掺杂还会抑制Cu颗粒的生长,有利于得到纳米晶粒的高活性催化剂。我们将其应用于4硝基苯酚还原催化实验,结果发现该催化剂是普通Cu/C催化剂反应速度的13倍,显著降低了反应活化能。为了适应工业化应用,我们将其制备成泡沫后,由于C隔离作用,进一步提升了Cu/CuxO/C催化剂的催化活性。泡沫型催化剂对该反应的还原速度是粉末材料的21倍。同时,其循环性能也得到一定程度提升。

优秀成果代表2

张晓辉-石墨烯基金属复合导热材料的研究

通过脉冲电泳沉积的方法将GPTS-GO沉积在铜合金基体上,这个过程中,GPTS中的硅氧烷(Si-O-CH3)水解后产生硅醇(Si-OH,然后Si-OH再与GO上含氧官能团以及铜合金基体上的氧化物反应并且脱去水分子,最后在GO与铜合金两相界面之间构建出了C-O-Si-O-Cu共价键,有效的解决了因为界面热阻引起的声子散射问题。从50150的测试温度范围内,GPTS-GO/Cu的导热系数从415.197W/mK降到361.786W/mK,比铜合金基体的导热系数高出33%24.07%,比GO/Cu的导热系数高出5.01%6%。利用脉冲电泳沉积的方法,可以低成本,高效率和环境友好的方式制造石墨烯/铜基复合导热材料。这项工作为制备其他涂覆型的导热复合材料开拓了新思路。

优秀成果代表3

吕珺-硅基材料复合改性及光电催化析氢性能研究

在光催化制氢研究方面,制备了MoSx修饰g-C3N4光催化材料并研究了光解水制氢性能,析氢速率约为原始g-C3N4纳米片性能的70倍。制备了Ni纳米颗粒与MoSx共修饰的g-C3N4纳米光催化剂,析氢速率超过Pt负载的g-C3N4纳米片析氢产率。

在光电催化制氢研究方面,通过在金属辅助化学刻蚀的黑硅表面负载MoSx量子点催化剂,制备出一种高效的光电催化光阴极,在0 V vs.RHE以及一个太阳光照射下析氢产率达到226.5μmol·h1·cm2。在此基础上,通过一步化学沉积的方法在黑硅表面负载Ag纳米颗粒,成功制备了Ag/Si复合光电阴极,并将其应用拓展到光电催化合成氨反应中。

(四)参与国际重大研究计划,举办或参加重要国际学术会议情况,国际合作取得的突出成绩。

张信义教授应邀作为合作研究员参与两项澳大利亚政府discovery  projects项目。在膜材料、离子液体及催化材料合成以及合成氨等方面取得了多项具有应用价值的合作成果,并在国际知名学术刊物上合作发表5篇高水平论文。

(五)实验室作为本领域公共研究平台的作用,大型仪器设备开放和共享情况。

重点实验室大型仪器设备中40万以上的仪器都对外开放,包括:球差校正环境电镜、荧光光谱仪、扫描电镜、X射线衍射仪、RamanX射线光电子能谱仪、多站比表面积测试系统、同步热分析仪、傅里叶变换红外光谱仪、原子力显微镜、燃料电池综合测试系统、光电催化测试系统。

重点实验室的的仪器设备都有专门的设备台账和汇总表,有预约使用和维护记录,大型仪器和设备有操作规程张贴在设备机身或者旁边的墙壁,也会不定期组织学生进行使用操作培训。2020年仪器对外服务包括校内物理科学与工程学院、化学化工学院、资源环境与材料学院、轻工与食品工程学院、机械工程学院、农学院等,校外包括南昌大学、中山大学、天津大学、厦门大学、广西民族大学、广西环科院、广西医科大学、广西师范学院等,样品个数共计10335个,使用机时数为10698小时,服务人次2839次。

(六)实验室网站建设情况。

实验室依托可再生能源材料协同创新中心建立了专属网站,其中包括新闻公告、实验室概况、科研信息、学术活动、网站资源、党建工作、招聘启事、联系我们等版块,网址:http://cicsem.gxu.edu.cn/

(七)实验室开展科普工作情况。

2020年暂无。

四、成果转化与产业化

(一)与企业开展产学研合作情况。

与广州汽车集团股份有限公司签订技术开发合同,与中心在轻量化车用石墨烯增强复合材料的适用基体研究方面共同进行技术开发。

20179月开始,广西大学与广西正通工程技术有限公司合作研制石墨烯复合橡胶高性能改性沥青。

与柳工集团合作研制出高极压锂基石墨烯润滑脂,性能指标超越现初装机国外产品。

在机械加工化学品方面与广西星桂石墨烯科技有限公司研制出石墨烯基高极压润滑金属加工冷却液和水性防锈剂产品,正处于市场验证和开拓阶段。

与上海新能量有限公司合作研发含有石墨烯极压抗磨剂的润滑脂、润滑油产品。

20189月在甘肃省领导及广西大学领导的见证下,广西大学与甘肃省公路航空旅游投资集团签订了《战略合作框架协议》,并给予了200万科研经费资助。启动了在甘肃兰州南绕城高速双向3公里的铺设试验项目。

甘肃公交建集团于20189月与中心达成建设试验路建设协议;20194月顺利完成甘肃两徽高速在柳林2号特大桥桥面铺筑完成500米石墨烯复合橡胶改性沥青路面试验段。

金川集团股份有限公司与中心达成石墨烯项目合作协议和技术咨询合同,以加快石墨烯粉体技术及应用扩展项目落地。

项目团队先后与区内外数百家企业就石墨烯生产、下游产品的研制和技术推广等开展对接工作,先后与中船重工集团、中国铁建集团、广西交通投资集团河百公司、上汽通用五菱股份有限公司、广西睿奕新能源有限公司、温州聚星电接触科技有限公司、桂林金格电工电子材料科技有限公司、北海星石碳材料科技有限责任公司等开展了合作研制和产品应用示范项目。

(二)技术转移情况。

在全国率先发布6项石墨烯地方标准。

2019928日与广西南宁烯秀科技有限责任公司签订技术开发(委托)合同,进行石墨烯用含碳聚合物性能优化研究,技术交易额30万元。

建有年产20吨的立体构造石墨烯粉体中试生产线,2020年又新建一条年产20-25吨立体构造石墨烯粉体的工厂,开发了改性沥青、改性混凝土、改性高分子材料、改性润滑脂、改性切削液、改性电池、改性涂料等,部分实现大规模应用。

(三)重要成果产业化情况。

1、实验室已经开发出具有高比能量的添加石墨烯的LiFePO4锂离子电池,循环次数可以达到10000多次,锂硫电池能量达到8000mAh,以及绿色环保,使用寿命可以达到20年以上的铁镍电池,已经和区内外多家等企业建立了紧密合作关系,有望成为提升广西乃至全国新能源产业的重要基础产品。目前正在加快产业化进度,拓展应用。而且,本项目具有完整的自主知识产权,有很高的成果转化显示度,经济效益十分明显。

2、完成甘肃两徽线段高速公路(0.5公里)建设:甘肃交通建设集团根据甘肃省交通运输厅甘交技术〔201962号文,批复了依托G316线两当县杨店(甘陕界)至徽县段高速公路建设工程开展石墨烯复合橡胶改性沥青在甘肃省的适用性研究的科研项目G316线两当至徽县高速公路Sup-13型石墨烯橡胶改性复合沥青。428日完成铺设任务。试验路所有检测结果均符合相关技术文件、设计及规范要求,与两徽高速项目设计采用的SBS改性沥青混合料相比,表现出较好的抗车辙性能,劈裂强度有所增加。

3、准备G215线柳园至敦煌公路(0.2公里)建设:101日,甘肃公路航空旅游投资集团将采用石墨烯复合改性橡胶沥青,铺设G215线柳园至敦煌公路,考察石墨烯复合改性沥青在甘肃不同气候分区条件下的使用性能。

4、目前,中心正在上林筹建一条年产20-25吨三维立体石墨烯粉体材料的生产线。以进一步扩大广西石墨烯产业链。

五、实验室大事记

(一)实验室开展学术委员会的相应会议纪要、文字和图片材料。

计划于202011月份召开。

(二)国内外对实验室的重要评价,附相应文字和图片材料。

人民网等多家媒体对实验室进行了报道。

(三)相关领导考察实验室的图片及说明。

由于疫情,2020年暂无领导考察实验室。

(四)研究方向或名称的变更、人员变动、大型仪器设备添置等情况。

1、人员变动:2020年引进林伟英教授;

2、主要大型设备添置:

1)气相色谱仪,2台,总价:37.66万元;

2)真空耙式干燥机,1台,9.98万元;

3)高真空电阻蒸发镀膜机,1台,9.8万元;

(五)其它对实验室发展有重大影响的活动。

1202027日,可再生能源材料协同创新中心全体教职工共13名进行爱心捐款共计24,200元。此部分捐款全部捐给广西大学教育发展基金会下设的新冠疫情防控专项基金。

2202047日由广西大学沈培康教授主持完成的石墨烯基电化学纳米能源材料及功能调控机制项目荣获了2019年度广西科学技术自然科学类一等奖,沈培康教授作为获奖代表参加会议。

六、依托单位支持实验室建设情况

(一)科研用房情况(是否相对集中、总面积是否达1500平方米)。

实验室目前研发用房为10000平方米。

(二)仪器设备情况(设备原总值是否达1000万元人民币)。

实验室仪器设备总值6722.78万元。

(三)配套经费支持情况(依托单位是否给予配套经费稳定支持、实验室的运行经费及建设配套经费是否纳入单位的年度预算)。

依托单位投入超5000万元用于仪器设备购置。

(四)其他支持实验室建设的情况。

广西大学在实验室培育过程中,在人、才、物方面给予实验室大力的支持,在人才引进、科研立项、设备配置、学术交流等方面给与重点倾斜扶持,全力支持、保障本实验室的各项培育建设计划,并专门设立了人才特区。设立人才特区,实行工资一人一议。

七、实验室存在问题及解决对策存在问题:

1)团队建设:实验室团队规模还不够大,有些方向缺少有国际影响力的领军人物。还需要加大人才引进力度。

2)服务地方经济贡献度需要加强。

改进措施:

1)依托广西大学人特区和广西小高地政策,引进急需相关技术的人才,完善队伍建设;

2)结合本地区实际情况,加强现有人才培养条件,加大人才培养力度,致力于以自己培养为主,从有潜力的年轻教师和学生队伍中重点培养,为中长期发展储备科技人才。

3)加强与企业对接,实现产学研深度融合,促进科技成果落地,服务地方经济。

八、实验室下一年工作思路和打算

1.完善科研队伍建设,加大人才引进力度,争取在年轻优秀人才引进方面取得进展;

2.继续加强电化学能源材料的基础研究,围绕新型有机光电材料、新型燃料电池电极材料、以及非贵金属催化剂等领域进行系统研究;

3.新增省部级以上项目5-10项,发表SCI论文50篇以上,出版专著1-2部,申请专利6项以上;

4.加强产学研,积极深化和广西企业的合作,争取在产业化方面有新的进展,服务地方经济;

5.继续鼓励其它高校的科研人员申请重点实验室的开发课题,加深科研人员之间交流与合作,发挥重点实验室的平台和纽带作用。

九、对科技厅加强重点实验室建设和管理工作的意见和建议

暂无