科研队伍

1氢能科技创新团队简介

氢能科技创新团队入选2016年山东省“泰山学者特聘专家”创新团队名单。该团队主要由新能源材料领域的中青年教授、博士组成,赵学波教授为团队带头人。该团队以国家重点学科、省部级重点实验室和优势学科创新平台建设为依托,联合开展氢气的制备、储存、氢同位素分离及氢能应用等方面的研究。

创新团队在氢能领域新型非贵金属催化剂的开发、储氢多孔金属有机框架化合物、氢同位素分离、氢燃料电池电极材料、锂电钠电及超级电容器等方面形成了特色和优势。

2、团队成员介绍

团队负责人:赵学波教授

主要骨干:李良军、顾鑫、代鹏程、刘丹丹

赵学波:赵学波,男,汉族,19658月生,辽宁人,教授、博士生导师。2005年获英国Newcastle大学化学博士学位,中科院“百人计划获得者,山东省“泰山学者”特聘专家,青岛市西海岸新区领军人才。留英期间获“国家优秀自费留学生奖”和英国燃烧工程协会杰出研究成就奖“The Derek Ezra Award 2004”。主要从事新型金属有机框架材料(MOFs)、新型碳材料的制备及其在气体分离与存储、新型电极材料、储能材料、石油加工催化材料等方面的应用研发工作,20162017连续两年入选RSC英国皇家化学会高被引中国作者榜单,近年来,在ScienceNature-ChemistryJACSAngewAdv. Funct. Mater.Nano EnergyChemistry of MaterialsChem. Commun., J. Mater. Chem. AACS Appl. Mater. Interfaces等国际著名学术期刊发表100多篇SCI研究论文, 被国内外同行引用4000多次,最高单篇引用1100多次

李良军男,汉族,19829月生,湖北宜昌人,2013年于中国科学院大学获得博士学位,副教授、硕士生导师。主要从事新型多孔功能材料的开发及气体吸附与分离的研究工作。近年来,以第一作者或通讯作者身份在Chem. Mater., Chem. Commun. J. Mater. Chem. A, ACS Appl. Mater. Interfaces等国际学术期刊上发表SCI论文10余篇,总引700余次,H因子15,承担国家自然基金青年基金一项,承担山东省重点研发计划项目一项。

顾鑫:男,汉族,19876月生,2014年获得山东大学博士学位2016年中国石油大学(华东)师资博士后出站留校,副教授、硕士生导师。主要从事化学电源中电极材料的合成与组装,包括锂离子电池、钠离子电池及钾离子电池正负极材料的设计、制备与应用基础研究。在Adv. Funct. Mater.Chem. Mater.J. Mater. Chem. AJ. Power SourcesElectrochimica ActaChemelectrochem等期刊发表SCI论文二十余篇,总引用次数达到800余次,H因子13

代鹏程:男,汉族,198611月出生,2014年获得山东大学和美国Boston大学联合培养博士学位学位,2015年从日本xxx留学回国,副教授、硕士生导师。主要从事新能源材料方面的研究,包括半导体光电化学、超级电容器等新材料的开发和研究工作。在Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Funct. Mater.ACS Nano, J. Mater. Chem. A等国际期刊发表论文二十余篇,总引700余次,H因子15,主持承担国家国家自然科学基金青年基金一项,

刘丹丹:女,汉族,19891月出生,2016获石油大学博士学位、2018年中国石油大学(华东)师资博士后出站留校。近年来主要从事新能源催化材料方面的研究,包括MOFs材料及其衍生物的设计、制备,及其在催化方面的相关研究。以第一作者身份在Dalton T.CrystengcommMater. Lett.Mater. Res. Bull.Materials等国际期刊发表SCI文章七篇,承担省部级科研项目两项。

3、承担科研项目

近年来,该团队国家自然科学基金等项目5项,其它省部级项目近4项。

团队成员近年来承担的部分科研项目 

项目、课题名称

(下达编号)

 

 

   

起讫时间

科研经费(万元)

项目负责人

/主要参加人

1

六元氮杂环类MOF碳化制备氮掺杂有序微孔活性碳的规律及其性能研究(21473254

国家自然基金面上项目

2015.01

-2018.12

95

赵学波,李良军等

2

温和条件下基于Kubas键的氢分子非解离化学吸附储氢研究(21173246

国家自然基金面上项目

2012.01-
   2015.12

65

赵学波等

3

/氘分子在微孔碳材料上的动力学量子筛分离机理的研究(21073216

国家自然基金面上项目

2011.01-
   2013.12

37

赵学波等

4

N2端基配合物在MOF分子反应器内的原位组装及高选择性甲烷/氮气分离(21401215

国家自然基金青年基金

2015.01

-2017.12

25

李良军等

5

面向低温条件下高性能催化丙烷氧化脱氢的氮化硼/镍基氧化物异质结的研究(51702365

国家自然基金青年基金

2018.01

-2020.12

25

代鹏程,刘丹丹等

6

MOF碳基功能材料的制备与应用研究

山东省“泰山学者”建设工程专项资金

2015-2020

200

赵学波等

7

过渡金属碳酸盐材料的电化学储钠机制与性能调控研究

山东省重点研发计划(公益性科技攻关类)

2017.01-
   2019.12

20

顾鑫等

8

以氢/氘量子筛分离为导向的金属-有机框架材料的开发及氢/氘分

离研究

山东省重点研发计划(公益性科技攻关类)

2017.01-
   2019.12

20

李良军等

9

吸附-催化耦合净化厨房油烟催化剂设计及应用研究(ZR2017BB059

山东省自然科学基金博士基金

2017.08-
   2019.12

8

刘丹丹,赵学波等

10

双功能催化剂的设计、构建及其催化山梨醇制备异构烷烃(2017M622310

中国博士后基金面上资助

2016/07-
   2018/07

5

刘丹丹等


 

4、标志性成果

  n  MOF氢气动力学陷阱机制的实验发现和理论创新

在世界上首次发现了氢气在一种微孔MOF上的吸附/脱附滞后现象并在理论上将其解释为该材料具有氢气动力学陷阱(kinetic trapping)特性。由此本人提出了一种新的氢气储存方法:将氢气高压注入这种特殊材料并在低压下储存。该成果发表在世界最著名的学术期刊《Science》上引起世界同行的广泛关注,引用达到1145次。美国麻省理工学院的《技术评论》(MIT Technology Review)杂志以更好的氢气储存方法(Better Hydrogen Storage为题对该项成果进行了专题评论和特别报道。

Xuebo Zhao et al, Hysteretic Adsorption and Desorption of Hydrogen by Nanoporous Metal- Organic Frameworks, Science, 2004, 306, 1012.IF=41.058Cited times=1145 

n  /氘动力学量子筛的实验确认和理论描述

在世界上率先实验验证了氢气(H2)与氘气(D2)的动力学量子筛分离现象。在微孔材料中,如果微孔孔径和气体分子硬核直径的差别与气体分子的波动de Broglie 波长相近,分子吸附扩散到微孔材料中的阻力将取决于不同分子的量子态差异,形成了量子筛分离现象。申请人在碳分子筛(CMS)和金属有机框架材料(MOF)上分别验证了D2分子在纳米孔道中的扩散速度反而快于H2分子。这种在微孔中的反常规扩散特性具有将丰度较低的D2H2里低能耗、高效率地拣选和分离的潜在应用前景。

XZhao, S. Villar-Rodil, A. J. Fletcher, K. M. Thomas*, Kinetic Isotope Effect for H2 and D2 Quantum Molecular Sieving in Adsorption/ Desorption on Nanoporous Carbons, J. Phys. Chem. B, 2006, 110, 9947-9955 (Cited 115)

B. Chen, X. Zhao, A. Putkham, K. Hong, S. Ma, E. B Lobkovsky, E. J Hurtado, A. J. Fletcher, K. M. Thomas*, Surface interactions and quantum kinetic molecular sieving for H-2 and D-2 adsorption on a mixed metal-organic framework material, , J. Am. Chem. Soc, 2008, 130, 6411-6423 (Cited 364). 

n  微液滴法连续高效的合成超薄MOF纳米片

赵学波教授研究团队发现,在连续流动的反应过程中,微液滴中的粘性力、弹性力、表面张力以及液体之间的扩散作用力、界面张力以及对流等作用力在很大程度上影响着二维MOF的生长过程,这些在微液滴流动过程中产生的作用力,有效的抑制甚至阻断了二维MOF材料层间堆积的作用,从而成功的批量制备了厚度为3纳米的超薄二维MOF纳米材料。通过调节反应物在微管道中的停留时间,可实现二维MOF厚度的可控调节。相关科研成果在Chemistry of Materials上正式发表。       

Ying Wang, Xuebo Zhao et al, Bottom-Up Fabrication of Ultrathin 2D Zr Metal–Organic Framework Nanosheets through a Facile Continuous Microdroplet Flow Reaction,Chemistry of Materials, 2018, 30 (9), 3048–3059.

n金属-有机框架为前驱体制备Co-Ni-P纳米管高效电解水催化剂

赵学波教授研究团队发现,通过精确调节金属-有机框架前驱体中金属的原子比,控制金属有机框架材料晶体的生长,进而得到了具有不同形貌的双金属有机框架及其磷化材料。通过特定Co-Ni原子比的调节可以得到具有中空纳米管结构的Co-Ni-P复合材料,在碱性条件下具有优于贵金属催化剂Pt/C-RuO2的催化性能。相关科研成果在Advanced Functional Materials上正式发表。

Liting Yan, Xuebo Zhao et al, Metal-Organic Frameworks Derived Nanotube of Nickel–Cobalt Bimetal Phosphides as Highly Efficient Electrocatalysts for Overall Water Splitting. Advanced Functional Materials, 2017, 27(40): 1703455 (Cited 39)

n  利用MOFs限制模板法合成了Ni2P/rGO电催化剂

赵学波教授团队通过室温下的反应将纳米级的MOF-74-Ni定向生长在氧化石墨烯(GO)上,得到了类三明治结构的MOFs-GO-MOFs材料,并通过原位磷化反应合成了纳米尺寸的Ni2P和还原氧化石墨烯(Ni2P/rGO)的复合材料,并用作了全解水催化剂,取得了接近贵金属催化剂的反应活性。相关科研成果在Journal of Materials Chemistry A,上正式发表。

Liting Yan, Xuebo Zhao et al, Nickel metal–organic framework implanted on graphene and incubated to be ultrasmall nickel phosphide nanocrystals acts as a highly efficient water splitting electrocatalyst[J]. Journal of Materials Chemistry A, 2018, 6(4): 1682-1691.

n  基于无定形电子给体材料与修饰富勒烯受体的高性能有机太阳能电池

过去,研究人员普遍认为使用具有高结晶性的共轭电子给体材料有利于器件内电荷的传输,是获得高性能有机太阳能电池的一个必备条件。相比之下,结构无序的电子给体鲜有报道。赵学波团队的研究成果证明,即便使用低有序度的共轭高分子作为电子给体,同样可以获得高性能的有机太阳能电池,这为有机太阳能电池给体材料的设计提供了一个全新的视角。相关科研成果在Nano Energy上正式发表。

BiaoXiaoXuebo Zhao et al,High efficiency organic solar cells based on amorphous electron-donating polymer and modified fullerene acceptor. Nano Energy, 2017, 39: 478-488.

5、学术交流