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李彦光  教授

科学研究

我们课题组的主要研究方向是高效能量转换的无机纳米功能材料, 围绕无机纳米功能材料的控制制备及其在光-电-化学能相互转换中的应用探索开展工作,重点发展它们在电化学催化、电池储能和水的光电裂解等前沿领域的应用。通过改变纳米功能材料的结构、尺度、形貌,修饰它们的表面,我们可以可控地影响在材料界面发生的电子传递和化学反应速率,从而提高纳米材料在能源转化、储存和利用过程中效率,实现普通材料所达不到的功效。我们的研究涉及到众多交叉学科,如无机材料化学、分析电化学、光电化学和表面化学。通过各种丰富的表征手段, 我们着力于在分子层面上对化学和物理现象的阐释,同时也十分注重研究成果在解决现实问题中的价值。




到目前为止,在Science, Nature Nanotechnology, Nature Materials, Nature Communications, Chemical Society Reviews, Angewandte Chemie, Advanced Materials, Nano Letters 和Journal of the American Chemical Society等一些国际期刊上发表论文50多篇。论文总引用次数1.4万多次。

电化学催化

电化学催化反应是实现电能和化学能相互转换的主要途径之一。我们课题组着重研究的电化学反应包括电化学析氧、析氢、氧还原、醇氧化等等。这些反应发生在很多重要的能源转换过程中如燃料电池、金属-空气电池、水的裂解等。传统最有效的电化学催化剂常基于贵金属元素,如Pt、Pd、Ru、Ir。它们稀有的储量和昂贵的价格是制约它们大规模应用的致命缺陷。寻找高效廉价的催化剂是电催化领域的一个研究热点和重点。我们希望通过对催化材料成分、结构和尺寸的调控,大幅改进它们的催化活性和稳定性,以替代传统的贵金属催化剂。在前期的工作中,我们发展了一系列无机金属氧化物、硫化物和石墨烯或碳纳米管的复合材料,率先系统地考察了它们的电化学催化性能,发展出若干高催化活性和稳定性、具有巨大实际应用价值的复合型电化学催化剂。


纳米碳复合材料在电化学催化中的应用


基于双壁碳纳米管氧还原催化剂工作示意图

新型电容器和电池

化学电池是通过电能和化学能的相互转换实现能量有效储存的装置。锂离子电池是目前主流的化学储能技术,已渗透到人们生活的每一个角落。尽管这项技术相对成熟且性能优良,但锂离子电池还面临一系列例如低安全可靠性和高生产成本等问题。目前,全世界电池行业消耗了约四分之一的含锂化工原材料。可以预见,锂离子电池技术在未来电动汽车和智能电网储能等领域的大规模运用将不可避免地进一步加速这种趋势。因此,从长远考虑我们迫切需要发展基于其它金属元素的、更廉价高效的“后锂离子”电池技术。
在前期的工作中,我们围绕无机纳米材料在锂离子、锂空和锌空电池中的应用展开工作。代表性的工作包括发展了一维纳米线阵列的电极结构和首次实现了基于碳复合催化剂的高性能可充放锌空气电池。目前,我们的研究重心集中在超级电容器,钠离子电池和金属-空气电池上,希望通过电极材料的制备和优化,实现高能量和功率密度、长循环寿命的下一代电池,并为它们将来可能的大规模应用打下一定的基础。


基于Co3O4一维纳米线阵列的锂离子电池负极材料


水的光电裂解

水的催化裂解是通过半导体光电材料利用太阳光把水裂解成氢气和氧气的过程,是实现光能到化学燃料转换的最重要途径之一。相对于太阳能到电能的转换,以氢气为代表的化学燃料更易于储藏和运输。因此在近几年,水的催化裂解吸引了人们大量的研究兴趣。在这一方向,我们近期的研究重点是发展新型高效的半导体吸光材料,以及研究光电极和溶液的界面作用、光电极和电化学催化剂的匹配等问题。




科研团队

Meet our group (2015.11)


从左到右
后排:刘玉平(博)、龚秋芳(博)、李佩蓉(硕)、杨慧(硕)、叶雯(硕)、周玉(硕)、Brian (交流)、赵斐鹏(硕)、Simon(交流)、李彦光、王叶云(硕)
前排:曾敏(博后)、陈奉娇(博)、黄洋(博后)、Lily(交流)、韩娜(博)、王鑫霞(硕)、黄文静(博)、刘一玲(硕)、周军华(硕)、叶华林(硕)、吴海洪(交流)



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