研究生培养

二、新能源材料与器件

发表于: 2018-10-26 09:01 点击:

 

研究方向新能源材料与器件

 

人   员刘福生均钦陈光明朱光明张朝华敖伟琴李煜张朝华 


Part 1 

简   介

热电材料可以实现热能与电能之间的直接转换,在半导体致冷、废热回收、地热利用等领域具有广泛的应用前景。研究人员在该研究领域一直处于基础和应用基础研究的前沿,研究主要集中在新型高性能热电材料及器件的探索、制备、性能改善、二维材料、热力学及第一原理计算等方面,形成了自己的特色及较强的研究实力,完成了10多项国家、省和市级课题。研究以相图及晶体结构分析为基础,进行材料成分设计及性能优化的深入研究。课题组成员研究紧密结合,制备、测试及材料计算设备齐备。

 

Part 2

课题组负责人:

李均钦

深圳大学教授,深圳大学聘任委员会常委,中国物理学会相图专业委员会委员,博士毕业于香港城市大学物理及材料科学系,英国Brunel大学材料工程系博士后,主要从事新能源材料,如热电材料、磁制冷材料相关相图、相变、相结构和物理性能及高性能陶瓷材料快速烧结等方面研究。获省部级科技进步一等奖一项、二等奖两项,获广东省千百十工程省级培养对象先进个人、广东省优秀硕士论文指导教师、深圳市十佳师德标兵、深圳市先进教师、深圳大学优秀研究生导师等称号。

近年来主持完成了5项国家自然科学基金课题及6项深圳市科技计划项目,在Adv. Energy. Mater. 、 Adv. Funct. Mater. 、 Chem. Mater. 、 Acta Mater. 等发表SCI收录论文100余篇,授权发明专利3项,研制了国内第一台放电等离子烧结系统、国内第一台多工位放电等离子烧结系统及国内第一台带手套箱多工位放电等离子烧结系统。



课题组成员:

刘福生

深圳大学教授,系主任。2005年获中科院物理所凝聚态物理博士学位,中国物理学会X射线衍射专业委员会委员,广东省测试分析协会理事,广东省X射线衍射专业委员会委员。研究方向主要为热电材料与器件、相图与相结构。利用高熵效应降低热电材料晶格热导率,利用纳米第二相界面效应解耦热电性能参数,提高热电优值;探索合适的阻挡层制备各种热电器件。

近年来,发表SCI收录科研论文120余篇,授权发明专利2项,实用新型专利2项。


敖伟琴

深圳大学副研究员,深圳市高层次人才(后备级)称号,博士毕业于中南大学材料科学与工程专业,主要研究方向为,合金相图、晶体结构、纳米材料、新型功能材料和新能源材料等方面的科研工作,作为项目负责人曾主持过国家自然科学基金项目(青年基金)、广东省育苗工程项目、深圳市基础研究项目和深圳大学科研启动基金等各级别项目,并先后参与了20余项国家级和市级项目的研究。

以第一作者在《J. Alloys and Compd.》等国际学术刊物发表SCI/EI收录论文十多篇,其中单篇被SCI论文他引52次,2015年获得深圳大学学术创新奖一等奖,2009-2011连续三年获得三等奖。


李煜

深圳大学副教授,深圳市海外高层次人才(B类),中国科学技术大学-香港城市大学联合培养双博士学位,硕士生导师。主要从事新能源材料(热电、光电材料)的结构设计、性能调控与器件,以计算材料学与实验研究相结合为特色。主持国家自然科学基金、广东省自然科学基金、深圳市高端人才科研项目和基础研究项目。

以第一作者或通讯作者在Adv. Funct. Mater.IF>15)等国际知名期刊发表研究论文30余篇,科研成果被Materials views China报道,申请专利3项。


张朝华

深圳大学副教授,北京大学博士(2013),新加坡南洋理工大学博士后(2013-2017)。深圳市海外高层次人才(C类),深圳大学荔园优青,广东省珠江人才计划青年拔尖人才。主要从事热电材料和器件、热电输运和理论、二维材料等研究。主持国家、省、市、校级项目5项,长期担任AM, AFM, Nano Energy, JMCA, ACS AMI, JMCC等国内外高水平学术期刊的审稿人。

以第一作者或通讯作者在 Nat. Commun.Adv. Mater.Adv. Funct. Mater.Nano EnergyMater. Today Phys.JMCAJMCCACS AMI等国内外著名期刊上发表论文20余篇。


胡利鹏

深圳大学助理教授,博士,深圳市高层次专业人才(后备级)。2015年博士毕业于浙江大学,2019年加入深圳大学材料学院。长期致力于块体热电材料及器件研究,特别是在高熵热电材料、多尺度微观结构、取向织构、深浅能级调控等方面积累了丰富的理论和实践经验。获得国际热电学会Goldsmid奖、中国首届博士后创新人才支持计划、浙江大学优秀博士学位论文等诸多荣誉。

近年来主持2项国家自然科学基金课题及1项深圳市科技计划项目,在Adv. Energy. Mater., Adv. Funct. Mater., NPG Asia Mater., J. Mater. Chem., ACS Appl. Mater. Inter., Acta Mater.等发表SCI收录论文30余篇,H因子20,被引用2000余次,其中3篇为SCI高被引论文。


杨金龙

深圳大学助理教授,深圳市海外高层次人才,武汉理工大学材料物理与化学博士,北京大学/美国斯坦福大学博士后,中国化学会成员,主持完成国家自然科学基金、中国博士后国际交流计划等6项科研课题。主要研究方向为新能源材料(电池关键材料和电催化剂)与器件的开发和结构设计。

近年来发表高水平SCI论文40余篇,包括Matter, Angewandte, Adv.Energy Mater., ACS Catalysis, Adv. Func. Mater., Nano Energy等,SCI期刊引用约2000次,H-index 27。担任高品质学术期刊Angewandte, Adv. Energy Mater., Nano Energy, J. Mater. Chem. A, Small, ACS Appl. Mater. Interfaces 等独立审稿人。



Part 3

代表性国家级项目:

1. 国家自然科学基金面上项目:“深能级对窄带隙Bi2Te3基合金的少子调控及其热电性能优化”520712182021/01-2024/12

2. 国家自然科学基金青年项目:基于石墨烯复合和液相烧结法协同调控的N型碲化铋基热电材料研究”218051962019/01-2021/12

3. 国家自然科学基金青年项目:碲化铋基合金的本征点缺陷调控及其热电性能优化517011262018/01-2020/12

4. 国家自然科学基金面上项目:Se及二族元素协同调控提高族碲化物MTe热电性能研究515711442016/01-2019/12

5. 国家自然科学基金青年项目:Pnma型化合物单晶的风电性能及其各项异性的理论研究115042392016/01-2018/12

6. 国家自然科学基金面上项目:具有调幅分解的稀土化合物RTe-PbTe-(GeTe或PbS)赝三元系相关系及热电性能的研究511711172012/01-2015/12

7. 国家自然科学基金面上项目:稀土R-(Fe-Co)-Ga三元系合金相图研究及新型磁功能材料探索508710702009/01 - 2011/12

8. 国家自然科学基金面上项目:稀土R-(Fe-Co)-Ga三元系相关系及稀土填充SKutterudite化合物热电性能的研究504711582005/01 - 2007/12

9. 国家自然科学基金面上项目:稀土Gd基室温磁致冷材料相关三元系合金相图与磁致冷性能研究503710582004/01 - 2006/12


Part 4

代表性研究成果:


01

Entropy Engineering of SnTe: Multi-Principal-Element Alloying Leading to Ultralow Lattice Thermal Conductivity and State-of-the-Art Thermoelectric Performance

利用高熵合金的四个核心效应,即高熵效应、迟滞扩散效应、剧烈晶格扭曲效应及鸡尾酒效应,在(Sn,Ge,Pb,Mn)Te合金中产生了多尺度微观结构,并实现了能带结构的优化,在大幅度降低材料晶格热导率的同时改善其功率因子。高熵效应拓宽了MnSnTe合金中的固溶度,反过来促进了两条价带的收敛,改善了材料的赛贝克系数,并增强了对高频声子的散射;迟滞扩散效应有利于第二相的原位析出,在合金内部诱导出多种不同尺度和形貌的第二相,增强了对低频声子的散射;剧烈晶格扭曲效应在材料内部诱导出大量的线缺陷、应力簇及位错阵列等,增强了对中频声子的散射。最终,Sn0.555Ge0.15Pb0.075Mn0.275Te合金的zT值在900 K达到了1.42,是该体系性能最高值之一。这些开创性的研究成果使得高熵热电材料成为热电材料及器件领域新的研究热点。

Lipeng Hu, Yang Zhang, Haijun Wu, Junqin Li*, Yu Li, Myles Mckenna, Jian He*, Fusheng Liu, Stephen John Pennycook, and Xierong Zeng. Adv. Energy Mater. 2018, 8,1802116.


02

Zr vacancy interfaces: an effective strategy for collaborative optimization of ZrNiSn-based thermoelectric performance

利用原子层沉积制备ZrO2/ZrNiSn界面,同时提升了电导率及Seebeck系数,降低了晶格热导率,获得目前报道的ZrNiSn基热电材料最高热电优值。

Yihua Zhang, Shuankui Li, Fusheng Liu*, Chaohua Zhang, Lipeng Hu, Weiqin Ao, Yu Li, Junqing Li, Heping Xie, Yinguo Xiao* and Feng Pan*, J. Mater. Chem. A 2019, 7, 26053-26061.


03

Halogenated Antimonene: One-Step Synthesis, Structural Simulation, Tunable Electronic and Photoresponse Property

通过电化学剥离与同步卤化技术一步合成了表面修饰氧和卤素的局部非晶化的少层锑烯,实现了少层锑烯结构、电子和光学性质的调控。基于分子动力学模拟和第一原理计算,氧的引入,诱使少层锑烯表面结构发生重组和非晶化,导致电子结构发生改变并获得显著的带隙。通过卤素修饰,进一步实现了电子结构和光学性质的调控。

Liumei Su, Xian Tang, Xing Fan, Dingtao Ma, Weiyuan Liang, Yu Li,* and Han Zhang*, Adv. Funct. Mater. 2019, 29, 1905857


04

Leveraging Deep Levels in Narrow Bandgap Bi0.5Sb1.5Te3 for Record-High zTave Near Room Temperature

历史上,Bi2-xSbxTe3一直是室温附近性能最好的p型热电材料。然而,窄带隙导致的双极扩散效应,不利于其获得高的平均zT值。在窄带隙半导体中,深能级一般不利于载流子传输。我们研究发现,In掺杂诱导的施主和受主深能级、增加的带隙及导带有效质量,弱化了Seebeck系数和温度的依赖关系,并大幅降低了双极扩散热导率。进一步掺杂微量的Cu作为受主浅能级,实现多数载流子浓度的优化。通过深浅能级的交互作用,在室温附近获得了记录高的平均热电优值。这些结果证实了深能级在窄带隙半导体中对少子的调控作用。

Lipeng Hu,* Fanchen Meng, Yanjie Zhou, Jibiao Li,* Allen Benton, Junqin Li, Fusheng Liu, Chaohua Zhang, Heping Xie, and Jian He*. Adv. Funct. Mater. 2020, 30, 2005202.



05

Positive Effect of Ge Vacancies on Facilitating Band Convergence and Suppressing Bipolar Transport in GeTe‐Based Alloys for High Thermoelectric Performance

一直以来,对热电输运调控机制的深入理解是提升热电材料性能的必要前提。在GeTe合金中具有热力学形成的Ge空位,许多研究者认为Ge空位对提高GeTe基合金的ZT值具有负面影响,提出了各种抑制Ge空位的方法。我们研究发现,虽然Ge空位可以提高GeTe基合金的空穴载流子浓度,但通过PbBi合金化可以消除高空穴浓度的负面影响。Ge空穴可以促进能带简并、抑制双极性输运、Ge空位引发的二维缺陷-层错也有助于降低晶格热导率,结合这些协同效应,GeTe基合金的热电性能得到较大提升。本工作加深了对Ge空位作用机理的理解,同时为其它热电材料通过空位缺陷来提升性能也具有借鉴意义。

Peigen Li, Teng Ding, Junqin Li, Chunxiao Zhang, Yubo Dou, Yu Li, Lipeng Hu, Fusheng Liu, and Chaohua Zhang*. Adv. Funct. Mater. 2020, 30, 1910059.


06

Cathode-Electrolyte Interphase in Lithium Batteries Revealed by Cryogenic Electron Microscopy

正极电解质界面(CEI)是形成在正极上的一层紧密的界面层。然而,CEI的许多方面仍然不清楚。这源于缺乏有效的工具来表征这些敏感的纳米级中间相的结构和化学性质。使用冷冻电镜直接揭示了正极上的界面,作者发现,在正常操作条件下,碳酸盐基电解液在单颗粒水平上不存在紧密的界面层。然而,在短暂的外加短路后,固体-电解质界面可以在正极上形成,并在转化为稳定的CEICEI有助于提高库仑效率和电池的整体容量保持率。这在商业碳酸盐电解质中产生了不同于之前理解的CEI视角。

Zewen Zhang1, Jinlong Yang1, William Huang, Hansen Wang, Weijiang Zhou, Yanbin Li, Yuzhang Li, Jinwei Xu, Wenxiao Huang, Wah Chiu, and Yi Cui*. Matter 2020, DOI: 10.1016/j.matt.2020.10.021)


07

Synergistic effect of charge transfer and short H-bonding on nanocatalyst surface for efficient oxygen evolution reaction

探索先进的、具有空前催化效率的电催化剂,用于析氧反应(Oxygen evolution reaction, OER),在许多能源转化和储存系统中具有重要意义,如电解水制氢气和金属空气电池都需要优异性能的OER催化剂来降低过电势。最近,我们发现适当含量的铁掺杂在纳米硅酸钴锂材料中可以获得优异的催化性能,通过实验与DFT计算结合,我们证明了铁与钴之间存在电荷转移的协同耦合作用,形成了有利于氧析出的双中心活性位的电子结构,通过质子转移使得水分子产生在铁上,氧气从钴位上析出;同时,相邻的铁钴位点上形成了双中心更短的极短氢键(氧氧距离为2.47 Å),这种双中心短氢键进一步降低了OER过程中质子转移和解离的能垒。该材料设计理念对其他能源和催化领域具有丰富的理论支撑和广泛的借鉴价值。

Jinlong Yang, Yinguo Xiao, Qinghe Zhao, Guangxing Zhang, Rui Wang, Gaogeng Teng, Xin Chen, Mouyi Weng, Daping He, Shichun Mu, Yuan Lin, Feng Pan⁎, Nano Energy, 2019, 59, 443-452.


联系我们:

本课题组欢迎对热电材料与器件、储能材料和器件研究领域具备浓厚兴趣,有相关专业背景的博士、硕士、本科生加盟。



课题组成员联系方式

李均钦: junqinli@szu.edu.cn

刘福生: fsliu@szu.edu.cn

敖伟琴: aowq@szu.edu.cn

 煜: liyu@szu.edu.cn

张朝华: zhangch@szu.edu.cn

胡利鹏: hulipeng@szu.edu.cn

杨金龙: yangjl18@szu.edu.cn


 















 

 

深圳市南山区学苑大道1066号B2栋 邮编:518071 电话:0755-86930097

粤ICP备11018045号-7 版权所有:深圳大学材料学院

问题反馈邮箱:guoyanke@szu.edu.cn

扫描访问手机版