科研云直播——巾帼不让须眉,让大众见证中国女性科学家力量
2020-05-19 来源：互联网 网络编辑：编辑 阅读次2020年5月15日上午9:00-12:00,科研云与《中国化学快报》(Chinese Chemical Letter,简写为CCL)在哔哩哔哩,百度等直播平台共同组织了“女性科学家论坛(能源材料)”主题云讲座,能源学人作为宣传媒体进行了参与。此次活动由华中科技大学王得丽教授组织,共邀请了余彦教授等8位国内优秀女性科学家进行了直播报告,吸引了近13万观众的收看。讲座内容主要涉及高性能M-Q电池电极材料的发展,掺杂与界面效应对电催化性能的调变,MOFs在能源存储与转化中的应用,高能量密度金属锂电池及其负极保护机制,功能碳材料的制备和储能研究,PEM能源体系电催化活性中心的原子级调配,有序金属间化合物电催化等多个热点方向。另外,就最新发展状况也做了相关介绍。
图1 中国科学技术大学材料科学与工程系的余彦教授直播
来自中国科学技术大学材料科学与工程系的余彦教授,首先报告了不同高性能M-Q电池 (M=Li, Na, K) (Q=S, Se, SexSy)电极材料的发展。在可充放电电池的发展中,Li-S电池因其成本相对较低、电池容量较大的特点,被研究者进行了大量的研究。余彦教授从如何设计出有效的正极材料来抑制多硫化锂的溶解以及高安全、高性能的金属负极,以实现Li-S电池的应用推广等方面,介绍了其课题组近期所取得工作进展。此外,余教授还介绍了其扩展研究体系的电池研究情况,比如利用板栗内层壳为生物质原材料,高温碳化处理并引入碳纳米管(CNT)结构,构筑了一种具有柔性的纳米织构,并在氨气中实现N、O等杂原子掺杂,将其用于Na-Se和K-Se电池中均得到了较好的循环性能。为了兼顾S、Se的各自性能特点,她们课题组还研究了K-SeS2电池的储钾性能,并利用密度泛函理论(DFT)计算和非原位XRD表征技术进行了相关机理研究。
图2 重庆大学化学化工学院的李莉教授直播
来自重庆大学化学化工学院的李莉教授,从理论计算的研究方面报告了掺杂和界面效应对电催化性能的调变策略。李教授课题组以氢能相关研究(主要是电解水制氢和燃料电池)为背景,通过理论计算的方法围绕贵金属、过渡金属、掺杂石墨烯等电催化剂的性能调控,指导实验方法上高效电催化剂的开发。主要介绍了杂原子(N、C、Zn-N-C)掺杂碳材料催化性能的调控和界面效应对复合催化剂性能的调变两个方面的内容。其中,在计算研究氧化钼与金属之间界面的产氢活性时,提出了一种“烟囱效应”理论,即在产氢过程中,界面处的活性位点仅会吸附H,而不会吸附OH和水,而且对H的吸附强度达到最优值。从而,根据“烟囱效应”设计出来具有高活性的产氢催化剂。
图3 中山大学化学学院的李光琴教授直播
来自中山大学化学学院的李光琴教授,报告了MOFs在能源存储与转化中的应用。MOFs及其衍生物具有多孔结构、高比表面积、形貌结构多样化和易于功能修饰等特点,被广泛应用于氢气存储、电催化等领域。李光琴教授介绍,在储氢应用方面,MOFs材料HKUST-1本身在常温下不具备储氢能力(需要在液氮温度下),于是其课题组将钯(Pd)纳米颗粒包覆HKUST-1得到复合材料,这种材料室温下的储氢量明显增加。通过固体核磁光谱研究复合材料发现,其储氢量的增加主要在Pd纳米颗粒中。在电催化应用方面,李教授指出MOFs本身的活性低、稳定性差以及导电性差等问题,她们便从MOFs本征活性中心以及衍生出发,提出了两种改性策略——MOFs本身的结构工程和界面调控。并且,将这方法拓展到NiTe与NiS2界面的电子调控以提高其电催化OER活性。
图4 《中国材料快报》编辑部的王俊丽直播
来自中国医科院药物研究所CCL期刊编辑部的王俊丽副编辑,报告从期刊的办刊宗旨、领域范围、编委成员、稿源处理等方面介绍了CCL创刊30周年之际的最新进展。王俊丽编辑指出,在不减少发文量的基础上,CCL的各项指标有了较为明显的改善,影响力也不断提高,期刊已经被中科院划入Q2分区。此外,期刊的发展目标是CCL的国际影响力和国外同行的认可程度得到大的提高,2019年CCL的影响因子估计在4.8-5.0左右,总被引频次近8000次,希望2020年影响因子可以超过6.0,文章质量接近Chem Commun. 的水平,努力将CCL发展为能源化学特色,使其成为中国能源化学创新科研成果的发布平台。
图4 浙江大学化学工程与生物工程学院的陆盈盈研究员直播
来自浙江大学化学工程与生物工程学院的陆盈盈研究员,其报告题目为“高能量密度金属锂电池及其负极保护机制”。在高能密度电池需求的大背景下,金属锂电池的发展得到了密切的关注,电池使用过程中不均匀的锂沉积、体积的膨胀、锂金属的高反应活性等问题阻碍了其进一步的发展。
针对这些问题,陆盈盈博士课题组提出了四种金属锂电池的改性和设计方法:1. 合理设计人工SEI层;2. 构建三维锂金属复合电极;3. 使用脉冲充电技术;4. 设计高电压钴酸锂正极材料。这些方法均表现出了各自的优势,比如采用LiF作为锂金属表面钝化层表现出了较低的能垒(0.19 eV),有利于锂离子在固态电解质膜内快速地穿梭,Li/Li对称电池的循环寿命延长了25倍;构建3D Cu/Li复合锂金属负极导电骨架,使其局部电流密度变低和电荷转移电阻变小的同时,抑制了电池的体积膨胀以及增强了隔膜的机械稳定性;使用三元Li、Al、F掺杂改性LCO,隔绝了电解液与LCO颗粒之间的直接接触,降低了活性Co的损失,同时由于LACOF固体溶体组成的薄掺杂层,可抑制LCO在4.55 V发生的不可逆相变;利用脉冲充电代替传统的恒电流充电,显著地提高了电池的寿命,实现高电流密度下稳定的充放电。
图5 华中科技大学材料学院的李芳芳教授直播
来自华中科技大学材料学院的李芳芳教授基于二氧化碳(CO2)为研究背景,报告了一些功能碳材料的制备和储能研究,提出了一种太阳能热电化学过程(Solar Thermal Electrochemical Process, STEP)研究方法。李芳芳教授课题组将这种研究方法应用于氮气还原制备氨气,其库伦效率可达到35%,相比哈伯-波什法工业制氮效率,提高了100倍左右,并且没有CO2生成;在低碳氧化铁还原制备金属铁研究中,STEP法制铁可以避免了大量CO2的释放;通过STEP法将无氢源参与的CO2转化C,同样没有大量CO2释放,转化得到的不同结构C可用于超级电容器等。此外,李教授还介绍了一些关于富勒烯的研究工作。
图6 中国科学院长春应用化学研究所的葛君杰研究员直播
来自中国科学院长春应用化学研究所的葛君杰研究员,其报告题目为“能源体系电催化活性的原子级调配”。葛君杰博士课题组主要以燃料电池中氧还原反应为研究背景,介绍了非贵金属催化剂(M-N-C催化剂)的开发过程。报告中提到,通过借鉴大环化合物的构效认识,分析研究了金属的活性火山图,制备了CrN4、RuN4OH新型活性催化剂,表现出非常不错的催化性能。继而想到能否调变M-N-C催化剂中心原子的聚集状态,进一步开发出了Co2N5OH同核活性中心、FeCoN5OH异核活性中心的新型催化剂。此外,葛君杰教授对NPC前途上作出了展望,认为可发展团簇型催化中心(双原子,多原子......),调控中心周围配体结构,改变中心电子结构以及发展非Fe中心催化剂。
图7 华中科技大学化学与化工学院的王得丽教授直播
来自华中科技大学化学与化工学院王得丽教授报告了有序金属间化合物电催化的内容。王教授报告指出车用燃料电池技术面临的挑战有:降低催化剂、膜等的成本;提高车用工况下的催化剂、载体等的稳定性。Pt是催化剂材料的关键组成之一,在我国资源储备稀少,成为燃料电池发展面临的瓶颈之一。王得丽教授认为突破这一限制的目标在于如何降低Pt用量,提升催化剂的活性和稳定性,因此提出了两个科学问题:Pt原子经济性提升策略和表面反应性调控机制。报告内容重点介绍了Pt基系列有序金属间化合物纳米催化材料,通过气相还原方法得到小粒径、刻蚀方法得到中空有序以及自发置换反应得到仅表面含Pt等结构催化剂,提高Pt的利用率、活性及稳定性。
整个直播过程中,每位报告人都设定了自由提问环节,在线网友以发布弹幕的方式进行提问。每位报告人认真负责,都一一详细地回答了这些的问题,被抽中的问题对应的网友在讲座结束后均获得了由会议方提供的精美礼品。直播结束后,网友们纷纷留言表示,此次专场报告使其深切感受到了中国女性科学家在我国科学技术发展,赶超世界前沿方面所做出的巨大贡献!
《科研云》系列科学前沿云讲座公益活动由天津大学陈亚楠教授,胡适教授等多位老师发起和组织,能源学人联合参与,清华校友总会生医药学院分会协办,旨在为学术/产业界一线科研/研发人员提供一种了解和交流国际前沿科技的新途径!云端讲座开展至今,陆续已与《中国科学?化学》,《中国科学?材料》,《EnergyChem》,《Journal of Energy Chemistry》,《EnergyChem》,《Green Energy & Environment》,《Nano-Micro Letters》以及《物理化学学报》等合作开展了多场学术报告。已累计邀请到海内外专家学者开展了60余场学术报告,专业听众人数累计超过230万人次。涉及的研究领域包括:化学储能电池,燃料电池,太阳能电池,电催化,光电器件,柔性器件,超快光谱,电子显微学,3D打印,生物医药,信息技术等。
