当前位置: 学院首页 > 科研动态 > 正文

【淬砺成材】材料科学与工程学院近期发表20篇高水平学术论文

【来源: | 发布日期:2022-01-06 】

近期,材料学院教师在光催化材料、无铅压电陶瓷、增材制造、二次电池电极材料等多个领域取得重要进展,相继在国际权威期刊发表20篇高水平学术论文,包括2篇封面论文

1、孙少东教授团队详细综述了Facet Junction Engineering for Photocatalysis: A Comprehensive Review on Elementary Knowledge, Facet-Synergistic Mechanisms, Functional Modifications, and Future Perspectives》(Advanced Functional Materials(影响因子18.808),2022,DOI:10.1002/adfm.202106982),从异面结的合成原理、晶面指数确定方法以及典型的异面结增强光催化性能机制等基本知识出发,着重介绍了不同类型异面结的研究进展和存在的问题,并对该领域的未来发展方向进行了梳理与展望。除了对已有的二元、三元和四元异面结光催化剂的研究进展进行了系统综述外,还提出了该研究领域中可能面临的机遇与挑战。与传统的晶面效应和异质结效应相比,科研工作者对光催化剂异面结工程的认识仍受限。因此,本文详细介绍了已有光催化剂中异面结的合成策略、确定方法、性能增强机制和未来的研究方向。我校为唯一单位,孙少东教授为第一作者和通讯作者,梁淑华教授和崔杰博士为共同通讯作者。

2、任鹏荣副教授发表了《A new family of high temperature lead-free Na1/2Bi1/2TiO3-BiFeO3piezoelectrics》(Materials Today Physics(影响因子9.298),2021,21,100526,通过对钛酸铋钠-铁酸铋陶瓷进行淬火处理,调节晶格畸变度与电畴尺寸,获得一类新型高温无铅压电陶瓷。在前期研究(1-x)Na1/2Bi1/2TiO3-xBiFeO3固溶体的基础上,对该陶瓷进行淬火处理,获得一类新型高温无铅压电陶瓷。Na1/2Bi1/2TiO3陶瓷的Td的提高主要归因于淬火后陶瓷晶格畸变度的增加与电畴尺寸的扩大。进一步对比了淬火处理的陶瓷与常规随炉冷却得到的陶瓷的力学性能,两者的硬度并没有显著差别,机械强度相当,表明该方法具有实际的可行性。我校为第一作者单位,任鹏荣副教授为第一作者和通讯作者,德国达姆施塔特工业大学Lalitha Kodumudi Venkataraman博士为共同通讯作者。

3、路旭副教授发表了《Crystallization behaviors and related dielectric properties of semicrystalline matrix in polymer-ceramic nanocomposites》(Composites Part B-Engineering(影响因子9.078),2021, 224, 109195),研究了聚合物-陶瓷纳米复合材料中半结晶聚合物基体的结晶行为及其对复合材料介电性能的影响,深化了对此类材料结构和性能关系的认知。由于陶瓷纳米颗粒的填充,聚合物基体中存在两类结晶相:一类形成于陶瓷纳米颗粒表面,另一类形成于聚合物中;前者倾向于形成无缺陷的铁电b相,后者中存在缺陷从而形成结晶不完善的铁电b’相;b相和b’相的比例随着陶瓷填料组分增大而增大;由于结晶缺陷的影响,b’相的介电常数相比b相低。揭示了聚合物-陶瓷纳米复合材料中陶瓷纳米填料对半结晶聚合物基体结晶行为的影响及其与复合材料介电性能的关系,深化了对此类材料结构和性能关系的认知。我校为第一作者单位,路旭副教授为第一作者和通讯作者,美国奥本大学Z.-Y. Cheng教授为共同通讯作者。

4、李树丰教授团队发表了《Enhanced strength and ductility of nano-TiBw-reinforced titanium matrix composites fabricated by electron beam powder bed fusion using Ti6Al4V–TiBw composite powder》(Additive Manufacturing(影响因子10.998,2022,50, 102519),设计并开发了纳米TiB晶须增强Ti6Al4V基复合球形粉末,解析了纳米TiBw尺度特征的调控机理,为增材制造制备高强韧钛基复合材料提供了新的策略,率先提出将熔铸法与快速凝固技术相结合,形成熔铸─气雾化─增材制造相结合的新思路,设计开发了纳米TiBw增强Ti6Al4V基复合球形粉末,并利用气雾化制粉和电子束粉末床熔融技术(EB-PBF)中的快速冷却过程。通过对纳米TiBw形成机理,尺度特征(尺寸、分布、取向关系等)演化规律,及其对DRTMCs组织和力学性能的影响机理解析,拓宽了对增强相尺度及钛基复合材料组织和性能的调控窗口,为增材制造及粉末冶金制备高强韧金属基复合材料提供了新的策略。我校为第一作者单位,我校博士研究生潘登为第一作者,李树丰教授为通讯作者。

5.刘和光副教授发表了《Carbon foams: 3D porous carbon materials holding immense potential》(Journal of Materials Chemistry A(影响因子12.732),2020,8,23699,系统介绍了泡沫炭材料的微观结构及合成方法,全面总结了泡沫炭在吸附、储能、电磁屏蔽和传感器等方面的应用,指出了当前需要解决的关键问题、面临的挑战和研究前景。泡沫炭常用于制备复合材料,因此其与其他材料的相容性需进一步提高。泡沫炭的性能主要取决于其孔隙结构,因此泡沫炭的可控设计和精确制备才是实际应用的关键。为了工业化大规模应用,泡沫炭经济又便捷的批量化生产技术亟待开发。我校为第一作者单位,刘和光副教授为第一作者和通讯作者。

6.李喜飞教授团队采用多种改性策略精准调控二次电池电极材料表界面,提升了电池寿命和安全性能,近期相关成果已在影响因子10以上学术期刊发表高水平论文15篇,其中我校第一单位论文8篇。

(1)《Controllable Heterojunctions with a Semicoherent Phase Boundary Boosting the Potassium Storage of CoSe2/FeSe2》(Advanced Materials(影响因子:30.849, 2021, 2102471)报道了在碳异质界面结构FeSe2@C中构筑了兼具半共格界面的碳基双层异质结构CoSe2/FeSe2@C,使其能级呈现更为合理的分配梯度,降低了离子和电子迁移的能垒,实现了离子和电子传输总量及动力学的提升,有效提高了钾离子电池的存储容量、倍率性能和循环寿命。我校博士研究生鄯慧为第一作者,秦戬副教授和李喜飞教授为通讯作者。该论文被评选为封面论文重点报道(见下图左)

2《Bifunctional Catalytic Effect of CoSe2for Lithium-Sulfur Batteries: Single Doping versus Dual Doping》(Advanced Functional Materials(影响因子18.808), 2021, 2107838)报道了对CoSe2进行Ni/Zn双掺杂改性,构建了具有双功能催化效应的硫载体材料,即在放电过程中Ni比Zn能更好催化LiPSs转化为Li2S,而在充电过程中Zn对Li2S分解的催化效果较Ni好。Ni/Zn双掺杂CoSe2同时提高了对LiPSs转化和Li2S分解的催化效果,有效提高了锂硫电池的电化学性能。我校博士研究生陈利萍为第一作者,许云华教授和李喜飞教授为通讯作者。该论文被评选为封面论文重点报道(见上图右)。

(3)《Surface-Doping vs. Bulk-Doping of Cathode Materials for Lithium-Ion Batteries: A Review》(Electrochemical Energy Reviews(影响因子:28.905),2022,inpress系统阐释了表面掺杂和体相掺杂在调控锂离子电池正极材料结构方面的机制与内在区别,详细分析表面掺杂和体相掺杂调控正极材料电化学性能的作用机理和效应差异,提出复合改性策略(掺杂&包覆)是提升正极材料电池性能的最佳策略之一。我校为唯一单位,博士研究生钱华明为第一作者,李喜飞教授为通讯作者。

(4)《Functional Passivation Interface of LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2toward Superior Lithium Storage》(Advanced Functional Materials(影响因子18.808),2021,2008301)报道了采用磷酸化NCM811表界面的策略,通过化学气相沉积法原位功能化NCM811界面,基于聚阴离子PO43-的稳定性,实现NCM811超高的循环稳定性,并深入探究表界面的结构组成及其物理特性与材料电化学性能的联系。我校博士研究生刘文为第一作者,李喜飞教授为通讯作者。

5《Heterointerface Engineering on Hybrid Electrode Materials for Electrochemical Energy Storage》(Small Methods(影响因子14.188), 2021,5,202100444)提出了混杂电极材料中化学异质界面的内在行为是内建电场、范德华力作用、晶格适配与互联、电子云与化学键合以及它们的耦合,将引入化学异质界面的主要策略分为原位局部转化、原位生长、共合成及其他策略,详细介绍了化学异质界面在金属离子电池、超级电容器和锂硫电池中的研究进展。我校青年教师李文斌博士为第一作者,李喜飞教授为通讯作者。

6)《Optimized Activation of Li2MnO3Effectively Boosting Rate Capability of xLi2MnO3∙(1-x) LiMO2Cathode》(Nano Energy(影响因子17.881), 2021, 88, 106240)对比研究了掺杂改性前后富锂锰基正极材料性能差异的诱因。指出富锂锰基正极材料中Li2MnO3相与其低倍下相转变和高倍下电化学极化引发的性能衰减直接相关,且证实通过调控Li2MnO3相可实现富锂锰基正极性能的优化。研究为富锂锰基正极进一步的改性优化提供了新的思路和见解。我校博士研究生郝猷琛为第一作者,李喜飞教授为通讯作者。

7)《Constructing high-rate and long-life phosphorus/carbon anodes for potassium-ion batteries through rational nanoconfinement》(Nano Energy(影响因子17.881), 2021, 83, 105772)报道了采用合理的纳米限域设计构筑高倍率与长寿命钾离子电池磷/碳负极材料,通过碳纳米导电网络加速电子/钾离子在磷材料中的迁移,并有效缓冲磷负极巨大的体积膨胀/收缩,从而显著提升磷/碳负极材料在循环过程中的电化学稳定性与可逆性。我校肖玮副教授为第一作者,李喜飞教授与孙学良院士为通讯作者。

8)《Constructing Sb-O-C bond to improve the alloying reaction reversibility of free-standing Sb2Se3nanorods for potassium-ion batteries》(Nano Energy(影响因子17.881), 2022,93, 106764)将石墨烯与Sb2Se3通过物理交联后低温还原,制备出无需导电剂、粘结剂以及集流体的自支撑负极材料,石墨烯提供保护层和缓冲空间,有效抑制了体积膨胀,同时,通过在材料之间构筑的Sb-O-C化学键可以有效地降低合金化反应中钾离子的扩散能垒,降低了反应电阻与钾离子扩散系数。我校硕士研究生杨子皓与青年教师李文斌为共同第一作者,李喜飞教授与张久俊院士为通讯作者。

同时,该团队积极与国内外兄弟院校开展紧密合作,相继发表高水平论文:Advanced Functional Materials, 2021, 2101737;Nano Energy, 2021, 106334;Nano Energy, 2021, 85, 105955;Energy Storage Materials,2021, 34, 148;Nano Energy, 2022, 91, 106630;Nano Energy, 2022,https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2021.106900,李喜飞教授均为共同通讯作者。

长期以来,材料科学与工程学院坚持以“四个面向”为根本遵循,以“集一流队伍,建一流平台,出一流成果”为目标,聚焦金属材料、陶瓷材料、新能源材料、薄膜材料等科技前沿,围绕航空航天、能源交通、工程建设、资源节约等领域重大需求,积极开展原创性、前瞻性研究,科技创新能力不断提升,高质量成果不断产出。

后续,学院将继续大力支持基础研究和原始创新,努力搭建有利于科研研究的良好平台,不断取得更多重大原创性科技成果,为实现国家材料科技自立自强贡献力量。