纳米结构基元的三维网络化自组装及性能调控研究

针对纳米结构组装体材料能源应用中载流子分向输运这一共性科学问题，主要研究纳米结构基元三维网络化自组装及其在能源器件中的应用。基于不同载流子的输运特性，设计合成纳米结构基元，通过自组装技术构筑三维网络结构组装体。系统研究纳米结构基元的及其组装体材料中的纳米效应和载流子的输运机制和行为。借助原位表征技术从分子、纳米尺度上研究电子、空穴、离子等载流子的输运行为及异质界面特性。通过实验与理论计算相结合的方法研究相关的输运及能量转换和存储问题。在对这些纳米效应、输运行为、界面特性等问题有清晰的理解和认识的基础上，有目的进行纳米结构基元与三维网络结构设计，通过各种化学和物理手段实现对纳米结构基元的组装调控，并结合表面修饰与改性提高三维网络结构组装体中载流子的分向输运性能与稳定性，实现微纳结构的优势互补，发展实用的功能纳米结构组装体材料，推动纳米结构材料及自组装技术在高性能能量转换与储存器件中的应用。

针对纳米结构组装体材料在能源应用中载流子分向输运这一共性科学问题，本项目主要研究了纳米结构基元的三维网络化自组装及其在能源器件中的应用。借助于静电相互作用、毛细作用、表面张力 (亲水-疏水作用)、偶极-偶极作用力等，通过低成本的溶液相合成方法，本项目成功实现了具有不同载流子输运特性的纳米结构基元定向设计及其自组装体的结构调控。利用先进的纳米材料原位表征和测量技术，并结合理论计算，系统研究了自组装体在能量转换器件（太阳能电池、燃料电池等）和能量存储器件（锂离子电池、锂硫电池、锂硒电池、钠离子电池等）中的能量转换和存储问题，并深入理解了电子、空穴、离子等载流子在三维网络自组装体及其界面上的输运特性和异质界面特性。结合表面修饰与改性，提高了三维网络结构组装体中载流子的分向输运与稳定性，发展了一系列能量转换/存储器件用高效纳米结构组装体，从而促进了纳米结构材料及自组装技术在高性能能量转换与储存器件中的应用。