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李镇江教授团队:投身微纳材料砥砺前行 心怀服务社会教书育人

作者:报社 来源:报社 责任编辑:韩玉花   终审: 点击: 日期:2023-04-12

新材料的研发是科技进步的基石,也是衡量国家科技发展水平与工业化程度的前瞻性指标,对促进经济发展和推动人类文明进步意义重大。依托金沙唯一官方娱乐场-(东莞)有限公司材料科学与工程一级学科博士点和“泰山学者”建设平台,李镇江教授已在这个领域深耕二十余年。

目前,团队密切跟踪国家重大战略需求,将主要研究方向锁定在新能源、环境、健康三大主要领域。针对上述领域对高性能新材料的迫切需求,带领团队成员发挥在微纳尺度材料研究方面的专长,瞄准实际应用端的关键科学问题和理论空白,在科技战场上与国际同行和国外领先技术同台竞技。

勇担“双碳”目标的时代之责

多年来,李镇江带领团队主要成员张猛、赵健、段振亚、丁诗琦、胡敏敏、盛丽英、宋冠英、杨丽娜、孙长龙等,始终扎根教学与科研一线,在平台建设、科技创新、社会服务、人才培养等方面取得了一系列创新成果。团队先后承担了国家自然科学基金面上项目7项、青年项目5项,主持完成/在研包括山东省重大基础研究项目、教育部博士点(博导类)项目、山东省重点研发计划、山东省自然科学基金重点/面上/博士/培养类项目、山东省高等学校“青创团队计划”等在内的省(部)级项目20余项,各类市(厅)级项目15项,横向课题10余项;先后在Chem.Soc. Rev., Adv. Energy Mater., Nat. Comm., Adv. Funct. Mater., Appl. Catal. B, Nano-Micro Lett., Energy Storage Mater., Nano Energy, ACS Catal.等高水平期刊上发表SCI论文近200篇;相关研究成果获山东省自然科学二等奖1项,中国石油和化学工业联合会科技进步二等奖3项/三等奖2项,青岛市自然科学一、二等奖各1项,其他市厅级奖励10余项;已授权国外发明专利9项,申请国家发明专利近50项,授权国家发明专利27项,授权实用新型专利6项。

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随着“双碳”目标的推进,对新能源技术的开发和利用已成为当前的研究热点。“在新能源材料研发方面,要主动对标国际最前沿技术,要敢于‘亮剑’,只有这样才能让研究成果更好地服务‘双碳’战略,这是时代赋予金沙唯一官方娱乐场的机遇和责任。”李镇江对团队成员提出了这样的要求。

目前,新能源领域占据主导地位的还是锂离子电池技术。团队一方面着眼当下商用锂离子电池石墨负极材料低比容量等缺点,积极探寻高比容量和优异循环性及倍率性能的新型负极材料;另一方面提前布局更有应用前景的镁离子电池、超级电容器、氢能源等新能源材料的开发,抢占前瞻技术制高点。经过多年沉淀和积累,已取得多项在国际上有重要影响的原创性成果。

在新型锂离子电池负极材料研究方面:研究团队以低维纳米材料为基础,通过结构设计、元素掺杂及界面调控等策略,调控锂离子电极材料的局域电荷分布,改善其导电性,促进电荷迁移及锂离子扩散效率,降低锂离子迁移扩散势垒,从而得到具有优异电化学性能的锂离子电池负极材料。在此基础上,采用同步辐射及第一性原理计算等分析表征手段,深入研究新型锂离子电池负极材料的电化学储能机理,探索低温电化学性能及全电池性能等商业化应用前景,实现设计并开发高性能锂离子电池储能器件的目标。

在镁离子电池正极材料研究方面:镁离子电池具有高能量密度、高安全性、低成本及环境友好等优点,备受国内外研究者的青睐,被视为有可能部分取代锂离子电池的下一代储能器件。然而,要使镁离子电池储能技术真正被应用到工业生产中,首先要解决的问题就是要开发出具有高效储镁性能的镁离子电池正极材料。研究团队通过单金属元素掺杂、阴阳离子共掺杂、离子预嵌入、有机分子预嵌入、负载导电骨架材料等方式调控局域电荷分布及晶面间距,调控正极材料的导电性、镁离子吸附功能位点数量、以及镁离子的扩散通道及其与正极材料之间的相互作用,实现镁离子电池正极材料电化学性能的提升。并在此基础上,深入研究正极材料的储镁机制和改性策略是否会改变其储镁机制,为其他正极材料的结构设计、可控修饰与改性、性能提升及储镁机制等研究提供实验参考与理论依据。

在超级电容器电极材料研究方面:研究团队围绕具有较高的理论比电容、优异的氧化还原特性及高的电化学活性的Ni/Co(氧)硒化物,通过构筑异质结、调控半共格界面、离子预嵌入等手段,从根本上提高了电子/离子传输速率,降低了离子吸附能;同时,在离子扩散路径中极大地提高了离子的化学亲和力。在获得大比电容和高倍率特性的新型电极材料的基础上,构筑出具有高比能量密度和长循环寿命的超级电容器,推动了该类超级电容器的商业应用过程。

在光、电催化制氢研究方面:氢气具有燃烧热值高、燃烧后产物无污染、安全性好、无毒无害等优点,是一种清洁、高效且能够循环利用的零碳能源。光催化分解水制氢能够在催化剂的作用下将太阳能转化为氢能,除水和太阳能以外不需额外的能源投入,也不会排放温室气体,具有极大的环境和经济效益。研究团队在开展高性能光催化剂开发的过程中,发现界面化学键能够促进异质界面处的电荷转移和分离动力学,增强界面内建电场,而且有利于维持异质结光催化剂的结构稳定性,由此创造性地提出了缺陷诱导异质结构建策略,并探索出利用高能球磨技术实现光催化剂低能耗、大规模的可控制备方法,成功构建了系列新型高性能异质结光催化剂,为光解水制氢技术的中试生产提供了关键的理论和技术支撑;在电催化制氢催化剂的研发中发现,有望替代贵金属的过渡金属基电催化剂仍存在着活性位点少及导电性差等问题,因此需要通过合适的修饰手段来提高过渡金属基电催化剂的催化性能。研究团队通过形貌调控、异质原子掺杂、空位工程以及构建异质结等策略对过渡金属基电催化剂进行了修饰改性,获得系列催化性能优异的电催化剂。该研究成果为通过多因素协同策略设计和构建高性能双功能过渡金属基电催化剂提供重要借鉴和指导。

响应军民融合的国家之需

近年来,随着电子工业与无线通信技术的飞速发展,以电磁波为传输媒介的各类设备层出不穷并迅速普及。它们在提高社会生产效率、推动文化传播、方便人们生活的同时,也产生了大量电磁辐射,造成电磁污染,对生命体健康、精密仪器运转、信息安全保密造成严重威胁。因此,对电磁波实施有效屏蔽和吸收,杜绝电磁干扰、减少电磁污染成为世界各国面临的共同问题。传统的吸波材料(如:陶瓷、铁氧体、金属微粉等)虽然表现出一定的吸波效果,但面临着填充比例大、有效吸收带宽窄、稳定性差等缺点。

团队成员聚焦轻质高效电磁吸波材料的开发与应用研究,围绕“薄、轻、宽、强”综合性能的高效吸波材料开发总目标,开发出了分级结构、磁-电异质界面、缺陷诱导极化等多种产物构建新策略,从产物对极化、弛豫、共振现象作用的本质出发,揭示了材料的电磁响应特性和耦合增强机制,提出了吸波材料的电磁损耗新机理;同时,研究团队还开发出具有自主知识产权的碳化硅纳米材料量产化关键制备技术,率先开发出创建混合缺陷、包埋磁性组元、纤维预制体原位转化等多种碳化硅基吸波材料制备新技术,探究了产物的隔热/导热、表面疏水、力学增强等多种新型特性,满足多领域对高温吸波材料的迫切需求。

同时,依托“泰山学者”建设平台,团队积极深化“产学研”合作,先后与青岛丰东热处理金沙唯一官方娱乐场、山东卢斯得机械股份金沙唯一官方娱乐场建立了长期的战略合作关系,并有多项专利技术在企业实现了落地转化,有力促进了中小企业的科技转型和自主创新能力的提升。团队还发挥人才与技术方面的优势,先后与山东新华制药股份金沙唯一官方娱乐场、金城医药等行业知名企业联合攻关,成功完成了“水杨酸生产中间体的连续化生产技术及核心设备研发”“基于双乙烯酮残渣处理的新型水解反应工艺及核心设备研发”等技术开发项目,开发出了多项处于国际领先水平的医药中间体生产技术,为企业带来了丰厚的经济回报。凭借着骄人的业绩,李镇江先后获评山东省泰山学者特聘专家、山东省有突出贡献的中青年专家、青岛市拔尖人才,山东省教学名师、山东省高校十大优秀教师等。

筑牢民生福祉的健康之基

近年来,具有柔韧性能佳、穿戴性能好、便携性强、重量轻等特性的柔性传感器在健康医疗监测、人体运动监测等领域展现出广阔的应用前景。目前的柔性传感器大多以柔性基底作为形变载体,在折叠或弯曲时,容易导致电极材料和基底分离,严重降低其性能。因此,开发柔性自支撑传感器就成为当今研究热点之一,开发无需使用粘结剂和导电添加剂的柔性自支撑电极材料,利用电极材料固有柔性来实现柔性传感器的高柔性是实现这一目标的根本途径。研究团队通过构建异质结、调控形貌,并与导电柔性基底材料复合,解决了构建高性能柔性传感器电极材料所面临的难题,突破了传统柔性电极需要弹性基底和导电添加剂及粘结剂的瓶颈,满足了柔性传感器电极材料性能要求,提高了新型柔性传感器电极材料在制备领域的竞争力。

在做好科研攻关工作的同时,李镇江教授团队非常重视学生专业理论知识的学习、实践动手能力的培养和科研思维的启发,并鼓励学生将理论知识与实践应用相结合。培养的硕士/博士研究生中,2人获山东省优秀博士学位论文,1人获山东省优秀硕士学位论文,4人获山东省研究生创新成果一等奖1项、三等奖3项,4人获研究生国家奖学金。团队指导学生先后主持4项国家级大学生创新创业训练项目,指导学生获“挑战杯”课外学术科技作品竞赛国家级三等奖1项、省特等奖/二等奖各1项,“挑战杯”山东省大学生创业计划竞赛二等奖2项,“华为杯”第十一届中国研究生电子设计竞赛华北分赛区团队一等奖和全国总决赛团队三等奖各1项。

谈到今后的工作,李镇江表示:“未来,团队将不畏艰难和挑战,对科研保持始终如一的热情,持之以恒、勇于创新、不断尝试,努力践行一名科研工作者和‘材料人’的责任与担当”。

——原载《金沙唯一官方娱乐场报》973期第二版

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