2015年11月13-14日，我组刘茜研究员与王家成研究员出席参加了在宁波材料技术与工程研究所召开的“2015材料基因工程技术在新材料、新能源中的应用学术会议”，该会议由中国科学院上海交叉学科研究中心、全国科学院联盟材料化工分会主办。来自国内高校、科研院所、企业的60余名科研人员和代表参加了会议。在会上，刘茜研究员做了题为“无机材料高通量快速优选实例及技术需求”的报告，重点介绍了本课题组最近几年采用高通量制备与表征技术在若干功能材料的重要进展，引起了参会人员的极大兴趣，并一起广泛探讨了材料基因组工程技术未来在无机功能材料领域的技术需求与发展瓶颈。
最近，我组报道了两项最新研究进展。以廉价原料为前驱体，采用固相法成功合成了具有优异电催化产氢性能的碳包覆Mo2C超细纳米颗粒（如图所示）。超细Mo2C颗粒的高比表面积有利于增加活性材料表面的反应位点，同时石墨层的高导电性大大促进了电子的传输，明显降低析氢反应的过电势。这种新型产氢催化剂与商用催化剂Pt(20wt%)/C的性能接近，且具有稳定性优异（如图所示）、制备方法简单易行、原料成本低等特点，已成功推广至其它碳包裹碳化物（W2C、VC等）纳米颗粒的制备和应用。该项工作近期发表于国际期刊Angew. Chem. Int. Ed., 2015, 127, 14723-14727 (IF = 11.3)。文章链接：http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201506727/full。审稿人对该工作给予了高度评价(This paper reports a novel non-precious-metal electrocatalysts of ultrafine Mo2C nanoparticles highly dispersed within highly graphitized carbon matrix for water splitting with superior hydrogen evolution reaction (HER) activity and long-term stability. This material seems to be a good alternative for commercial Pt/C electrocatalyst in the future)，预期所研发的新材料有望取代昂贵的Pt/C商用催化剂得以应用。
Mo2C@C合成示意图及相应产物照片
Mo2C@C的形貌及电催化产氢性能
此外，本课题组与美国华盛顿大学曹国忠教授合作，利用溶胶-凝胶法成功制备了具有优异超电容性能的硫异质原子修饰的碳气凝胶电极材料，首次阐述了硫诱导碳材料石墨化过程的机理。所制备电极材料的比电容值在有机电解液体系中高达120.4 F/g，且具有优异的循环稳定性（如图所示）。该工作近期发表于期刊Nano Energy, 2015, 12, 567（IF = 10.3）。文章链接：http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285515000269。审稿人高度评价了该论文的研究结果：This manuscript reports a facile sol-gel synthesis of sulfur-doped carbon cryogels, showing both a large specific capacitance of the single electrode of 120.4 F/g in organic electrolyte and high stability of more than 94.0% of capacitance retention after 2000 charge-discharge cycles. The authors firstly proposed a mechanism of sulfur-induced graphitization improving specific capacitance of carbon. Thus, the results of this paper will be of great scientific value and realistic significance to achieve high-performance organic supercapacitor.
硫修饰碳气凝胶电极材料的超电容性能
除了以上两项工作，本组还通过调控微结构、异质原子掺杂以及界面相互作用等手段，探索了3D多级结构碳材料、介孔碳棒/碳管负载过渡金属氧化物、氟化物等在超级电容与电催化氧还原/析氧等方面的性能与应用前景。相关工作的研究论文发表在Adv. Mater. Interfaces, 2015, 2, 1500199; Sci. Rep., 2015, 5, 9304 (DOI: 10.1038/srep09304); J. Mater. Chem. A, 2014, 2, 8472; J. Mater. Chem. A, 2015, 3, 15598; J. Mater. Chem. A, 2015, 3, 12836; J. Power Sources, 2016, 303, 49; 等。
以上系列研究工作得到了国家自然科学基金、上海市科委等项目的资助。这些工作的主研人员是新近加入本研究团队的青年人才马汝广博士和周遥博士以及王家成研究员。本团队近两年通过人才引进、队伍优化、目标凝练等措施力争在组合技术与新材料研究领域取得更多创新成果。
2014年，我组在CO2气体高效吸附剂研究工作中取得进展。发展了一步缩聚与活化相结合的合成方法，制备了孔径分布窄（0.7–1.1 nm）的多孔碳材料，该材料具有高比表面积（达1881m2/g）和高孔体积（达0.78 cm3/g）。在700-750 oC温度条件下处理的样品表现出更优的气体吸附特性，在25oC和0oC测试条件下，对CO2气体的吸附值分别达2.86 mmol/g和4.92 mmol/g，特别是样品的初始CO2/N2选择性吸附比高达81和119，远高于目前报道的其它类型碳吸附剂的性能。所合成的多孔碳材料还显示出优异的循环使用特性，具有后续应用扩展研究价值。该项研究工作发表在国际核心刊物Nanoscale上。(Nanoscale, 2014, 6, 4148)
不同温度条件制备的多孔碳孔形貌特征，650oC(a,b)，750oC(c,d)。
样品对CO2和N2气体的等温吸附曲线，25oC测试(左)，0oC测试(右)。
2014年10月19-21日，我组周真真助理研究员出席了在北京国际会议中心召开的“中国工程科技论坛—中国科学仪器设备与试验技术发展高峰论坛”会议，该次会议共讨材料基因组计划中表征技术与仪器的发展趋势，探索我国新材料高通量表征平台建设的合作机制，以加速我国新材料的研究步伐。周真真报告了本组在全固态LED荧光材料领域开展的“组合快速发现和优选单一基质直接白光发射荧光粉Bi4-4xSi3O12:RE4x”的研究工作。该材料体系的特点在于基质硅酸铋发射的蓝光与掺杂的稀土离子发光直接混合形成白光，且该类材料的抗温度淬灭特性优良，是一类有应用前景的新型荧光材料。
荧光材料样品库紫外激发发射特征及对应稀土掺杂浓度设计方案
研究发现了可直接发射白光的荧光粉成分
2014年8月17-21日，我组刘茜研究员出席了在北京国际会议中心召开的“第五届国际陶瓷大会（5th International Congress on Ceramics (ICC5)”，作了题为“Translucent SiAlON Ceramic and Thin Film: Preparation and Applications”的邀请报告，介绍了我组在SiAlON透明陶瓷和透明薄膜领域的研究工作及该类材料在微电子领域的应用前景（如场效应晶体管中的侧壁绝缘层）。该次会议主要聚焦在新型加工技术、先进工程陶瓷基复合材料、电磁功能陶瓷、透明陶瓷与发光材料、薄膜与涂层、能量转换与存储陶瓷、陶瓷在环境、能源、生物医药领域的应用等。
SiAlON陶瓷--可见光及红外光透明
SiAlON镀层对ZnS的力学保护作用，硬度大幅提高
2014年 8月18-21，我组刘茜研究员和周真真助理研究员出席了在波兰举行的“第7届凝聚态物质发光及光谱国际会议”（17th International Conference on Luminescence and Optical Spectroscopy of Condensed Matter，ICL2014）。 该会议专题性强，囊括了与发光相关的多方面内容，包括荧光粉、闪烁材料、量子点、器件、应用等。该会议是一个在发光领域有影响力的国际学术会议，参会人数近600人。其中大会特邀报告5个，主题邀请报告11个，邀请报告60个，口头报告111个，大字报396个。中国参会专家近20人，展示了我国在该领域的研究成果及国际影响力。刘茜研究员作了题为“Preparation of β-SiAlON:Eu2+ luminescent fibers by electrospinning method combined with carbothermal reduction nitridation”的报告，介绍了我组利用静电纺丝方法制备高性能脆性陶瓷纤维的研究工作 ，展示了纤维形态的SiAlON荧光材料；周真真助研作了题为“Luminescence properties of Ag nanoclusters doped SiO2-PbF2 oxyfluoride glasses”的报告，报道了氟氧化物玻璃制备及Ag纳米团簇在玻璃中的发光现象。通过与参会同行进行广泛交流，吸收了很多新思想，有益于提升我课题组的研究水平。
静电纺丝技术制备的b-SiAlON:Eu2+陶瓷纤维，显示紫外激发蓝光发射特性
嵌银氟氧化物玻璃70PbF2-30SiO2-3Ag的紫外激发发射光谱（归一化）
2014年4月18-20日，我组刘茜研究员出席了在上海大学举办“第六届无机材料专题——材料基因组工程研究进展研讨会”，作了题为“材料基因组思想实践—若干无机材料组合快速优选实例”的报告。组合材料样品库技术采用并行合成与高通量表征的方式制备及评价高密度样品库的特性，从中快速发现新材料或优选材料设计方案，可显著加速新材料研发进程，充分体现“材料基因组”的核心思想。现阶段，并行合成高密度样品库主要采用组合溶液喷射（滴定）制备粉末样品库(0D)、掩模控制下的薄膜沉积制备膜材料样品库(2D)、以及全固态梯度材料样品库(3D)。所采用的高通量表征技术平台具有高空间和时间分辨率、快速扫描、多通道并行检测等功能。报告例举了我课题组使用组合材料样品库技术在若干无机功能材料快速筛选的范例，展示了该技术的先进性及有效性，具体包括：1) 医学成像用闪烁发光材料的成分筛选优化及应用；2) 新型直接白光LED荧光材料的发现；3) 堇青石基热辐射节能材料的掺杂优化；4) 汽车板用Zn基镀层材料的耐腐蚀性能提升。最后，分析了组合材料样品库技术在无机功能材料领域扩展应用的技术需求和瓶颈。
会议合影
2013年，我组在介孔碳基电磁波吸收材料研究工作中取得进展。发展了原位聚合方法制备CMK-3/PMMA复合材料，在介孔碳表面接枝PMMA（methyl methacrylate）分子，使其高度分散在树脂基体中，显著提高了复合材料的电导率（增幅2个数量级）；表面修饰增强了介孔碳的电子弛豫、电偶极子极化及界面极化等极化弛豫效果；与纯介孔碳材料相比，原位聚合法得到的介孔碳复合材料具有较高的复介电常数，提高了对电磁波的损耗能力；原位聚合法制备的CMK-3/PMMA复合材料对电磁波具有很好的阻抗匹配和微波衰减特性，表现出优异的微波吸收性能；在X波段内，2 mm厚的原位聚合10 wt% CMK-3/PMMA复合材料带材具有很低的反射率（-27 dB），且低于-10 dB的有效吸收带宽达3.2 GHz。此外，改变吸波体厚度可以有效调节电磁波最大吸收频率，满足吸波材料在不同频率的应用要求。所提出的材料设计思想及所发展的材料合成方法为吸波材料的研发开辟了一条新途径。该项研究工作发表在国际核心刊物Nanoscale上。(Nanoscale, 2013, 5, 12502)
测试样品反射损耗（吸波）的频谱特性（X波段）（样品厚度2 mm）
不同厚度原位聚合CMK-3/PMMA复合材料在X波段的吸波性能
王家成博士2007年毕业于中国科学院上海硅酸盐研究所，后进入日本东京大学化学系作博士后研究工作，取得一系列研究成果。经过激烈角逐，他又先后获得东京大学化学系JSPS外国人特别研究员席位(2010-2011)、德国洪堡学者--德累斯顿工业大学无机化学系(2011-2012)以及欧盟玛丽居里学者--英国卡迪夫大学化学系(2012-2013)研究资助，在能源和环境领域应用的低维碳及碳复合材料研究方面不断创新，在国际核心刊物上发表论文40余篇。2013年初，他回国申请加入中国科学院上海硅酸盐研究所，继续拓展在能源和环境领域应用的低维材料的研发工作。
2013年9月10-13日，我组研究生王贺云出席了在北京召开的第一届中国国际复合材料科技大会（CCCM-1），作了题为 “Cf/Si3N4复合陶瓷材料制备及其热导和力学性能研究”的报告。在该项研究中发现：Cf/Si3N4两相界面区发生化学反应，反应产物为SiC。界面相的存在对复合材料的热导特性产生重要影响。
Cf/Si3N4两相界面区发生化学反应，产物为SiC相。
2013年9月8-10日，我组刘茜研究员出席了在成都召开的“2013国际新材料发展趋势高层论坛”，作了题为“无机功能材料的快速组合优选实例与技术需求分析”的邀请报告。加速新材料研发的材料基因组计划实施框架下包含三条路径:计算工具(computational tools)，数据库(digital data)以及实验工具（experimental tools），三者互为补充。其中，实验工具指超常规快速/有效的实验方法，可为数据库建立提供基础数据，同时，还可验证计算模拟预测结果的准确性。而组合材料芯片技术是一项创新的材料研究方法，其采用高通量并行合成与表征的方式制备及评价高密度样品库，从中快速发现新材料或优选材料设计，可显著加速新材料研发进程。报告中例举组合材料芯片技术在无机功能材料快速筛选的若干实例，展示该技术的先进性及有效性，具体包括：Zn-Al耐腐蚀合金、Sb-Te相变存储介质、堇青石热辐射节能材料、Lu3Al5O12基透明闪烁陶瓷等。最后，分析了该技术在无机功能材料领域扩展应用的技术需求。
2013年4月15-19日，我组研究生魏钦华出席了在上海召开的 “第十二届无机闪烁材料及应用国际会议 (12th International Conference on Inorganic Scintillators and their Applications - SCINT 2013）“，作了题为 “Preparation and Luminescence Properties of Bi4Si3O12:Zn Powders”的研究报告。在该项研究中发现：Zn掺杂可适度提高Bi4Si3O12粉体的发光强度，对制备Bi4Si3O12:Zn 闪烁材料有参考价值。
掺杂型BSO: xZn粉体的发射光谱(λex = 265 nm)和激发光谱 (λem = 457 nm)
2012年12月15-16日，我组研究生周虎和庄建东助理研究员出席了在昆明召开的 “化学、材料和冶金工程国际会议(12th International Conference on Inorganic Scintillators and their Applications - SCINT 2013）”，他们分别作了题为 “Enhanced Microwave Absorption by incorporating Fe3O4 nanoparticles into Ordered Mesoporous Carbon”及“Preparation and luminescence properties of SiO2/Lu2Si2O7:Ce translucent ceramic composite by SBA-15 mesoporou template”的研究报告。在研究中发现：Fe3O4 纳米颗粒复合有序介孔碳材料的微波吸收强化作用，对制备新型碳基吸波材料有参考价值。而关于SiO2/Lu2Si2O7:Ce复合发光透明陶瓷的研究工作，重点报道了采用氧化硅硬模板作为硅源和稀土发光离子分散介质的研究思路及研究结果，所发展的材料制备方法为发光陶瓷研究提供了一条新途径。
2012年7月13-18日，研究生周遥和卢琦出席了在太原召开的中国材料大会（2012 Chinese Materials Conference）。他们分别作了题为 “Synthesis of α-Si3N4 Powder with Meso-template Method”及“Preparation of LPS:Ce3+ Luminescent Ceramic Nanofibers”的学术报告及海报展示，介绍了我组在介孔硬模板辅助低温合成高性能α-Si3N4陶瓷粉体以及静电纺丝制备稀土掺杂硅酸镥发光陶瓷纤维的研究工作。
2011年10月16-19日，我组刘茜研究员出席了在景德镇召开的“第十届全国工程陶瓷学术年会”，作了题为“无机材料研究中的快速组合成分筛选与性能优化”的邀请报告。材料研究中的组合技术是基于组合化学思想所发展起来的一种先进的、快速发现新材料的方法。自从1995年美国科学家发明新材料合成和优化的组合材料研究方法以来，已成功地将该方法用于高温超导材料、磁阻材料、紫外发光材料、介电/铁电材料等组成优化研究，发现了很多性能优异的新型功能材料。组合技术在新材料研发中不仅具有重大的科学研究价值，还具有巨大的商业潜力。如今组合材料芯片技术正在材料科学领域发挥着越来越重要的作用，成为当今和未来材料研究方法的主流发展方向之一。报告以大量实例介绍国内外在该领域的研究进展和重要成果，内容涉及：１) 组合样品库中微小样品的结构和性能表征技术；２) 发光材料的组合成分设计及发现新材料体系；３) 催化材料的多通道合成与催化活性的高通量评价；４) 轻质合金材料的成分优化及耐蚀性能提高，等等。利用组合技术可以实现无机材料设计中最优化学配比的快速筛选和确定，以揭示材料组成、结构、制备工艺和物性的关联规律。
2011年11月9-11日，我组研究生赫伟，唐馥涵以及庄建东助理研究员出席了在南京举行的第六届海峡两岸工程材料研讨会。他们分别作了题为“Luminescence Characteristics of Ba0.5Sr0.5TiO3:Prx,Aly Powders Synthesized by Citrate-nitride Combustion Process”，“Al–Zn二元合金镀膜盐液腐蚀表征参数的正交优化设计及耐蚀组分优选”，“纳米TiO2光催化薄膜在陶瓷绝缘子防污闪中的应用”的学术报告，介绍了我组在稀土掺杂钛酸锶钡荧光粉化学合成、耐腐蚀Al–Zn合金镀层制备及耐腐蚀特性表征参数优化设计、以及纳米TiO2光催化薄膜的应用研究工作。
2010年6月1-4日，我组研究生赫伟及课题组长刘茜研究员出席了在土耳其召开的第三届塞隆与非氧化物国际会议（3rd International Symposium on SiAlONs and Non-oxides）。他们分别作了题为“Impact of thermal history on microstructure and properties of Dy-a-SiAlON”和“Transmittance Improvement of Dy-a-SiAlON in Infrared Range by Post Hot-isostatic-pressing”的学术报告, 介绍了我组在Dy-a-SiAlON红外透明陶瓷增透策略及机理分析的工作。
2009年4月19-24日，我组研究生赫伟、颜强及修同平出席了在长沙召开的中国空间科学学会空间材料专业委员会学术交流会（2009），他们分别作了题为“SiAlON透明陶瓷研究进展”，“碳热还原氮化结合纳米浇注合成b-SiAlON粉体”以及“介孔碳/石英复合陶瓷材料的吸波性能”的学术报告，介绍了SiAlON透明陶瓷的国内外研究进展及最新动向以及我组在硬模板诱导结合碳纳米浇注合成b-SiAlON粉体与介孔碳/石英复合吸波材料的研究工作。
最近，我课题组与潘裕柏研究员课题组合作，在电磁干涉屏蔽与吸波材料研究上取得创新成果。利用有序介孔碳材料取代常见的碳纤维、碳纳米管、石墨等填充到二氧化硅基体材料中，采用热压烧结方法制备了有序介孔碳/二氧化硅复合陶瓷材料。在制备的复合材料中，碳材料以直径约为3纳米的纳米线排成六方有序阵列线束。这种复合材料表现出了非常优异的微波干涉屏蔽性能，10 vol%有序介孔碳掺杂的复合材料对微波（8-12 GHz）的干涉屏蔽效率为40 dB，明显高于相同含量碳纳米管掺杂的复合陶瓷材料（干涉屏蔽效率为30 dB），且在10 GHz波段处的微波吸收对该复合材料总屏蔽效率的贡献达到87.5%。此外，有序介孔碳/二氧化硅复合陶瓷材料制备方法简单，不需复杂的设备。该复合材料在电磁波的干涉屏蔽和吸收方面具有潜在的应用前景。
该研究工作发表在国际著名杂志《先进功能材料》 (Advanced Functional Materials，2008, 18，2995-3002, IF2007=7.496 )上，期刊的审稿人对该工作给予了较高评价: The paper "ordered mesoporous carbon/fused silica composites" is quite interesting. The products seem to exhibit promising potential for shielding microwave fields, which may find technological application.
C/SiO2介孔互嵌结构
复合材料的电磁屏蔽效率谱图
在SiO2基体中添加10 vol%C/SiO2介孔互嵌体的电磁屏蔽分贝数高达40
金秋的北京香山，红叶将秋意渲染得更浓列，寓意着一份份耕耘的收获。
2008年10月13～14日，在北京香山饭店隆重举行了2008年度“中国科学院研究生院－澳大利亚BHP Billiton公司联合奖学金颁奖仪式和双边研讨会”。来自中国科学院22个研究所的25位研究生接受了奖励。我组博士研究生修同平金榜题名。这是我组继陈伟(2006年获奖，硕士研究生)后，第二位研究生获得此项荣誉。
澳大利亚BHP Billiton公司为全球性的多样化资源公司，位居世界500强前列，该公司2005年首次与中国科学院研究生院联合设立奖学金，每年在全院评选出25名优秀研究生成为奖学金得主，其指导教师相应获得导师科研奖励。这一奖学金的申请人首先经各研究院所推荐，随后经中国科学院研究生院与澳大利亚BHP Billiton公司联合奖学金评审委员会对申请材料初审，初审优秀者经面试后，最后公布获奖者。修同平出席了颁奖仪式，并与中国科学院研究生院李静海副院长和澳大利亚BHP Billiton公司高级技术主管Edwin van Leeuwen先生，BHP Billiton公司中国地区技术总监吕建中先生及其他高级管理和技术人员进行了交流。
2007年12月2-5日，我组研究生薛军明及课题组长刘茜研究员出席了在日本召开的第二届塞隆与非氧化物国际会议（2nd International Symposium on SiAlONs and Non-oxides）。他们分别作了题为“Effects of processing on microstructure and properties of Translucnet Dy-a-SiAlON sintered at lower temperatures”和“Tribological Performance of Translucent Dy-alpha-Sialon Ceramics”的学术报告，介绍了我组在低温制备高性能Dy-a-SiAlON透明陶瓷及Dy-a-SiAlON透明陶瓷摩擦学特性的研究工作。
2007年6月17-18日，我组研究生陈伟和薛军明出席了在大连举行的中国空间科学学会空间材料专业委员会学术交流会（2007），分别作了题为“组合材料芯片技术及其优选Zn-Al合金涂层”和“低温烧结半透明Dy-a-SiAlON陶瓷研究”的学术报告，介绍了我组在组合快速筛选新材料方面的研究工作以及组合技术在加速空间科学用合金材料研究的优势分析，同时介绍了Dy-a-SiAlON陶瓷的特性及其作为空间高强度红外窗口材料的应用潜力。
2006年3月29-31日，我组研究生王家成出席了在桂林召开的第十三届全国稀土催化学术会议，作了题为“CeO2 and Cu-CeO2 Ultrathin Nanocrystals Synthesized by Hydrothermal Method”的学术报告，介绍了我组利用水热合成方法制备超薄CeO2基纳米晶的研究工作，对CeO2基稀土催化剂的合成有参考价值。
