过渡金属碳化物能源材料的微结构调控及性能研究

Developing new energy is one of the important measures to solve current energy crisis, while new energy materials is the key to realize the transformation and utilization of new energy as well as developing new energy technology. This project intends to use transition metal carbides (such as Mo2C、WC、Ti2C、Nb2C、V2C and so on) as the object of study. We will abandon the traditional high temperature solid phase synthesis method of carbides and use chemical tailoring technique to controllably synthesize their microstructures (such as hollow spheres, hierarchically porous structures, and graphene-like sheets and so on) at the atomic level. Through the study on influencing factors and reaction conditions, we intend to obtain new route to prepare the microstructures of transition metal carbides. By studying the function behavior between moleculers and interfaces, we will put forward the mechanism of crystal nucleation and crystal growth and thus disclose the formation mechanism of microstructures. By finding the relationship of microstructure and property and obtaining general law of the structure control of transition metal carbides, this project will provide scientific basis and technical support for their wide application in new energy fields.

发展新能源是当前解决能源危机的重要举措之一，而新能源材料是实现新能源的转化和利用以及发展新能源技术的关键。本项目拟以过渡金属碳化物（如Mo2C、WC、Ti2C、Nb2C、V2C等）为研究对象，突破过渡金属碳化物的传统高温固相合成方法，通过低温化学手段，从原子水平上对其微结构进行设计和化学裁剪（如中空球、分级孔结构、类石墨烯纳米片结构等），深入探索形成该结构的各种影响因素和反应条件，获得过渡金属碳化物微结构的优化条件与可控制备新途径；研究分子间及其界面作用行为，提出晶体成核、晶面控制生长和结晶生长机制，揭示该结构的构筑机理；重点研究过渡金属碳化物微结构的电化学性能，主要侧重它们作为锂离子电池电极材料和燃料电池氧还原催化剂的性能研究，发现微结构与性能间的构效关系及其演变规律，为相关过渡金属碳化物的微结构调控合成提供普适性新规律，也为它们在新能源领域的广泛应用提供科学依据和技术支撑。

发展新能源是当前解决能源危机的重要举措之一，而新能源材料是实现新能源的转化和利用以及发展新能源技术的关键。我们从设计前驱体出发，突破过渡金属碳化物的传统高温固相合成方法，通过低温化学手段，从原子水平上对其微结构进行设计和化学裁剪（如中空球、分级孔结构、类石墨烯纳米片结构等），实现碳化物的低温可控制备，同时把该研究策略也拓展到了其他化合物，如金属氧化物、氮化物、磷化物、硫族化合物，开展了一系列研究工作。深入探索形成不同纳米结构的各种影响因素和反应条件，获得目标化合物微结构的优化条件与可控制备新途径；研究分子间及其界面作用行为，提出晶体成核、晶面控制生长和结晶生长机制，揭示目标结构的构筑机理；重点研究所设计微结构的电化学性能，主要侧重它们作为锂离子电池电极材料和电催化剂的性能评价以及电化学作用机制，发现微结构与性能间的构效关系及其演变规律，为相关化合物的微结构调控合成提供普适性新规律，也为它们在新能源领域的广泛应用提供科学依据和技术支撑。.本项目主要完成了上述的研究内容，项目负责人以通讯作者身份在Angew. Chem. Int. Ed.， ACS Nano，Nano Energy，Chem. Mater.，J. Mater. Chem. A，Nano Research，ACS Appl. Mater. Interfaces，Nanoscale，Chem. Commun.，Carbon，J. Power Source等杂志上发表SCI论文共55篇，其中发表影响因子10以上的高水平学术论文共7篇，此期间培养博士和硕士研究生17名，申请专利2项, 已经达到项目申请的既定目标要求。