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1 低维材料等离激元的理论研究 - 摘要

纳米结构界面处自由电子的集体振荡与电磁波的耦合，为实现对光的调控提供了一条可行的途径。近年来，人们对于光与纳米结构表面的自由电子相互作用而形成的元激发——等离激元(surface plasmons)的研究在不断的深入，取得了许多令人鼓舞的新进展。通过对不同形状石墨烯和硅烯量子点等离激元的研究，发现了不同的边界构型和几何形状对于体系等离激元激发模式的作用机理，等离激元激发随体系尺寸改变时的演变规律。发现了碱金属钠团簇等离激元激发的演变规律，找到了体系的对称性、尺度大小对于平面碱金属钠团簇等离激元激发的影响；随着间隙改变时，钠纳米环二聚物的等离激元模式、以及由等离激元共振引起的局域电场增强的演变规律。发现了随着间距改变时，C60富勒烯二聚物等离激元共振模式的演化规律。对于C60富勒烯二聚物，当两个C60分子靠近，分子之间的间隙较大，通过电容性相互作用时，二聚物的低能等离激元模式随着间隙的减小发生红移。进一步减小间隙时，由于电子的隧穿，长程电荷转移激发模式形成。与金属纳米结构二聚物不同，当再继续减小间隙时，长程电荷转移激发模式没有发生蓝移，而是继续红移。在可见光范围内，C60富勒烯二聚物有很强的吸收光谱。对于钠原子连接的C60富勒烯二聚物，在红外光谱区，出现了等离激元共振。随着间隙的减小，该等离激元先发生红移，后发生蓝移。在间隙较大，分子间电容性相互作用时，中红外光谱区的等离激元是一种多极共振模式。Verkhovtsev等人发现只有非均匀的外电场才会促使C60分子的体等离激元共振模式形成。然而，在钠原子连接的C60富勒烯二聚物中，均匀外场也可以激发该模式。在间隙较小时，由于电子隧穿，中红外光谱区的等离激元逐渐演化为近红外光谱区的长程电荷转移激发模式和多极共振模式的耦合。
1900120065 贵州 TB383 应用技术自然科学研究与试验发展

2 石墨烯催化机制、性能调控与应用研究 - 摘要

该项目主要从原子层次和电子结构方面研究不同的修饰方式对石墨烯的结构稳定性和表面反应活性的作用机理。一方面通过优化构型的原子间距、键长、能带结构、电荷分布和电子态密度等方面性质分析获取体系的原子/电子结构、磁性变化和成键信息，从而对金属、非金属原子掺杂或含氧官能团修饰石墨烯体系的原子/电子结构特性进行研究；另一方面通过观察NH₃、SO₂、HCN和NO等多种有毒气体分子在石墨烯表面的吸附，引起体系表面结构和电子特性的变化从而改性石墨烯作为气敏材料。该项目的开展取得了多项创新性成果，为改性石墨烯碳基纳米材料在电子、气敏和催化等方面的应用价值提供了理论依据和有效的数据参考。石墨烯负载单个原子的形成机理与催化特性：寻求具有特殊物性的碳基金属复合功能材料一直是研究领域的热点之一。在此研究基础之上又对石墨烯负载的非贵金属原子（Co、Al、Zn和Ni)体系的稳定结构和催化活性进行了系统的研究，发现掺杂的Co和Ni原子具有极高的稳定性，相比石墨烯纳米带边缘的影响，空位缺陷的结构更有利于金属原子的束缚。有毒气体分子在改性石墨烯表面的吸附特性：针对石墨烯中碳原子的化学惰性强，气体分子吸附能较小的问题。通过前期的研究经验，发现单个空位缺陷结构的石墨烯能够极大的增强对金属Co原子的束缚作用。
1900120048 河南 TB383 应用技术工程和技术研究与试验发展

3 纳米材料蛋白冠的化学生物学特性及其机制 - 摘要

纳米材料在生物体内会吸附蛋白分子，形成纳米颗粒-蛋白冠(nanoparticle-protein corona)，简称“纳米蛋白冠”。纳米材料表面发生的这类“生物转化”，以相当不可预测的方式调节其化学生物学性质、药理学活性、毒理学性质及其生物医学功能。“纳米蛋白冠”的形成和机制，成为纳米化学与生物医学交叉的诸多领域所关注的重大基础科学前沿问题。近年来，Science和Nature子刊多次讨论纳米材料与体内蛋白质分子的相互作用问题。深入理解其基本结构及其化学生物学行为，成为纳米材料生物医学应用的关键瓶颈。开拓与发展了纳米材料与蛋白质分子相互作用的研究方法，提出了碳纳米材料与金属纳米材料“纳米蛋白冠”的形成机制。揭示了“纳米蛋白冠”影响纳米材料生物学特性的重要规律；并提出了利用内源性血清白蛋白修饰纳米材料，调控其生物学行为的新思路。建立了降低血液蛋白对纳米材料调理作用的方法，据此提出了增强其诊疗一体化功能的新策略。
1900120038 北京 TB383 应用技术工程和技术研究与试验发展

4 响应型金属有机框架材料 - 摘要

响应型光电功能材料是一类在外部环境的微扰刺激下，其光电性质发生相应改变而感知外界变化的新型材料。由于其灵敏的光电信号易于被快速检测，因而在智能光学系统、生物传感以及微电子系统等众多领域中具有广阔的应用前景。金属有机框架（MOF）材料的有机配体、无机节点及其丰富多样的孔腔结构，具有可功能化、可设计化的优势，同时兼具理想响应功能载体的特点，为其作为响应型材料赋予了全新的机会。然而，合理设计有机、无机成份，得到拥有特定且快速响应的晶态MOF材料，并以单晶结构为基础，在原子水平上阐明响应机理和构效关系，一直面临着巨大挑战。该项目通过引入功能单元、设计有机配体、控制合成条件等方法，制备得到了多个系列具有特定光、电响应功能的晶态MOF材料，并从晶体结构的角度，揭示了在温度、可见光以及溶剂等外界刺激下，MOF材料光电性能变化的响应机理，为此类材料的设计和开发利用提供了新思路和新方法。重要科学发现如下： 1.制备了新型手性螺旋MOF，实现了快速、连续的铁电和颜色双开关响应。具有亲水性螺旋孔腔的MOF，可自发捕获水分子形成螺旋水链而产生自发极化，呈现出良好的铁电性质。温度升高可导致其螺旋水链脱去，铁电性质消失；温度降低，空气中水分子重新被捕获，自发在MOF孔腔内形成螺旋链结构，铁电性质得以恢复；其单晶颜色也随之在亮红↔棕色之间可逆转换。晶体结构分析同时证明了铁电和颜色开关是分别通过MOF内自由水聚集体和配位水分子进行的有效控制。 2.引入染料功能基团，通过调控光生电子转移，增强了MOF材料可见光响应能力。研究发现，MOF结构内长程有序的共轭路径可以有效地促进光生电子和空穴的有效分离，以及光生电子的长程有效传输。进一步联合一定配位构型的金属离子作为活性位点，实现了高效催化质子还原化学储能。 3.联合具有优异光致变色性能的光响应单元和稀土离子，构建了集多种光功能单元于一体的新型MOF材料。外界多重刺激通过对MOF结构中双重光响应单元的电子转移的微妙影响，从而成功地实现了光致变色、光控荧光开关、pH荧光响应、压电开关等多重刺激响应的新型发光功能材料的研制。 4.发现了溶剂刺激促使MOF内金属离子配位构型和整体结构发生的巨大改变，并导致其光吸收和吸附性能发生相应的变化。通过对其单晶到单晶结构的转变、以及溶解重结晶结构的转变机理研究，揭示了溶剂刺激诱导的MOF微观多重态可实现多重响应功能。第一完成人为2018年国家杰出青年基金获得者，主持包括两项国家自然科学基金面上项目和一项教育厅创新团队项目在内的8项国家级和省级科研项目。在化学、材料顶级期刊Nat. Chem. (IF=26.20)，J. Am. Chem. Soc. (IF=14.35)，Angew. Chem. Int. Ed. (IF=12.10)，Adv. Mater. (IF=21.95)等发表研究论文110余篇，其中9篇入选ESI高被引论文，H-index=45。授权发明专利10项。担任中国化学会分子筛专业委员会委员、中国化学会晶体化学专业委员会委员、《无机化学学报》编委和《中国化学》青年编委。担任J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Sci. Adv.等国际权威期刊审稿人。项目培养的三名博士毕业生和五名硕士毕业生分别荣获2016-2018年度河南省优秀博士论文和2014-2018年度河南省优秀硕士论文。
1900110646 河南 TB341 应用技术工程和技术研究与试验发展

5 异质材料结构在役性能检测及可靠性评价关键技术与应用 - 摘要

异质材料结构（如复合材料中的纤维/基体结构、双材料粘接接头结构、三明治夹芯结构等）是航空航天、汽车、风电等装备向高可靠性、轻量化发展的核心部件，研发异质材料结构在役性能检测与可靠性评价技术，对于满足中国航空航天、汽车、新能源战略需求和提升中国先进材料领域国际竞争力意义重大，是产业技术竞争的焦点和研究的热点。高性能结构材料和先进复合材料等异质材料在《中国制造2025》战略规划中被列为“新材料”领域的发展重点，并强调急需研发异质材料结构制备加工关键技术和装备，加强基础研究和体系建设，突破产业化制备瓶颈；同时，科技部“十三五”规划强调高端装备结构材料和高性能复合材料的开发。异质材料结构失效机制复杂，缺乏有效的可靠性评价预测模型，现有在线检测手段不足。该项目构建了异质材料结构损伤失效机理-检测-评价-预测技术体系，解决了异质结构服役中性能检测与可靠性评价的复杂性和不确定性问题，提高了异质结构损伤检测精度和异质材料制品可靠度，是相关装备材料应用创新设计与稳定服役的重要保障。该项目属于机械工程学科制造业领域，通过理论研究、失效模型构建、检测设备研制、可靠性评价系统开发等，突破异质材料结构在设计、制造、服役过程中的质量控制与可靠性评价关键技术，实现规模化应用，取得原创性研究成果： 1、提出一种基于渐进变分匀质化方法的多尺度非线性计算方法，提高了异质材料结构强度分析的计算精度和计算效率。 2、提出适于描述高聚物连接界面中缺陷/裂纹形成、扩展行为的连续相场理论，揭示出在服役环境和载荷下，异质材料结构的损伤失效机理，实现异质材料结构服役性能的准确预测。 3、提出异质结构材料损伤参数描述和失效检测方法，建立了一套较完善的异质材料结构在役性能检测系统，实现异质材料界面损伤失效过程的检测，提升了异质材料微损伤检测率。 4、提出一种混合虚拟仿真模型的数据驱动异质材料结构可靠性异常在线检测方法，将结构在线实测数据作为输入，实现结构可靠性异常态预测，提高了结构可靠性预测准确率。该成果受到国家自然科学基金重点项目等3项国家级项目、1项河南省科技攻关项目，以及郑州市重大协同创新项目资助，授权国家发明专利20项，实用新型专利4项，登记软件著作权10项，在Composites Part B等国际权威期刊上发表SCI论文29篇（其中中科院一区3篇，二区7篇）。培养硕士生25名，青年教师8名。该成果涵盖风电、碳纤维飞机结构、轻量化汽车相关制品的异质结构设计、生产制造过程质量监测控制、产品服役性能评价及远程运维等过程。规模化应用效果表明：异质材料产品质量大幅提高，节约了生产成本，成品率提高20%以上；新能源异质材料产品服役故障预测准确率90%以上；设备远程故障诊断和预测性维护效率提高30%以上。围绕上述产品、服务和用户，近三年累计新增产值16.2亿元。
1900110644 河南 TB33 应用技术工程和技术研究与试验发展

6 LNG冷能利用空调系统关键技术研究及应用 - 摘要

该项目属于液化天然气（Liquid Natural Gas, LNG）应用技术领域LNG冷能利用研究方向。主要目标是开发基于低温无相变换热技术与装置、动态环境下的冷能释放优化控制及蓄冷技术的LNG冷能利用空调系统。项目产品可广泛应用于LNG重卡、LNG冷藏车、LNG船舶及冷库等，为LNG冷能利用开辟了一条新途径，对缓解制冷空调产业应对能源安全、气候变化及节能减排具有重要理论意义及应用价值。主要创新点如下： 1.研发了无相变载冷剂低温换热工艺，实现了低温环境下LNG释放冷量的提取与存储。1）设计了载冷剂低温无相变换热工艺，实现了冷能利用空调系统无压缩机运行。2）研发了LNG冷能利用多功能空调装置，开辟了LNG冷能利用的新途径。2.探明了高真空多层绝热夹套传热机理，研发了低温密封及深冷处理工艺，创制了LNG低温阀系列产品。1）探明了高真空多层绝热夹套传热机理，研发了低温密封技术和材料深冷处理工艺。2）设计了新型隔热结构，研发了低温安全阀、低温截止阀等系列产品。3.揭示了LNG冷能释放机理，开发了蓄冷技术，实现了LNG冷能利用空调系统全地域全时域稳定运行。1）设计了蓄冷装置及带有旁通结构的LNG冷能顶板辐射供冷系统，解决了LNG冷能利用空调系统全路况向目标空间释冷的均衡性，提高了空调系统的舒适性和稳定性。2）提出了LNG流量随室外温度变化的动态控制策略，解决了LNG冷能需求空间在不同气候条件下冷量供应的均衡性，提高了制冷系统的稳定性。项目经过4年的研究与应用，取得了一系列创新性成果，总体技术达到国内领先水平。项目共获得国家发明专利授权3项，实用新型授权3项，发表论文7篇，其中SCI收录1篇，EI收录1篇，中文核心4篇。项目成功进行了中试生产。
1900110608 河南 TB657.2 应用技术风机、衡器、包装设备等通用设备制造

7 本征低热导热电材料中的量子调控机制 - 摘要

项目成果属于理论物理和凝聚态物理领域基础与应用研究成果，可应用于新能源开发等领域。能源问题是中国面临的亟需解决的问题。能源的多元化和高效多级利用是系统解决能源问题的一个重要技术途径。热电转换材料，能够直接实现热能和电能的相互转换，可用于余热温差发电、电子器件冷却等领域，是能源研究领域的热点。该项目从物理机制层面揭示了现有高性能热电材料晶体结构-电子结构-热电参数之间的普适关联规律和特殊行为，并以此为基础探索了提高相关材料体系热电性能的新途径，为实验研究提供了理论参考。在热电材料领域取得的主要成果如下：1）基于密度泛函理论提出了SnSe和BiCuSeO等层状热电材料的层间和层内导电的物理机制，并且从化学键角度解释了导电通道的形成原因，揭示了n型和p型层状热电材料电导率各向异性强的原因。这些物理机制的提出，为提高层状热电材料的性能提供了理论参考。2018年Science（IF：41.058）上发表的论文对项目提出的SnSe导电通道的观点给予了充分肯定。此外，国际热电学会主席华盛顿大学杨继辉教授在2017年Energy & Environmental Science（IF：30.067）上发表的论文中认为课题组关于BiCuSeO的化学键和导电通道的工作具有很好的创新性。2）通过理论计算，设计和优化了几种具有本征能谷简并的热电材料。研究表明CuGaTe2在导带底出现了多能谷汇聚，这一特征可以在电导率不明显减小的情况下获得较大的塞贝克系数，使n型CuGaTe2的热电性能得到了明显的提高。另外，项目研究发现加压能促使CuGaTe2导带底的M点和Γ点的能带进一步汇聚，可以大幅度提高其热电性能。国际热电领域著名专家美国加州理工学院教授G. Jeffrey Snyder引用了课题组的能谷汇聚结果来论证他们计算结果的可靠性。3）项目研究发现不同结构的In4Se3纳米管的态密度呈现出明显的锯齿状，此时载流子的能带态密度随能量的变化降低为-1/2次方关系，并且（2,2）构形的纳米管费米面附近的态密度明显增强，意味着其电输运性能会得到大幅度提高。另外，在计算纳米结构材料热导率时，课题组引入了镜面散射概率参数p，其更准确地描述了界面对晶格热导率的影响。4）项目研究发现A5M2Pn6化合物中M位原子价态、A位原子半径、A位原子含量使得阴离子基团形成不同的链状排布，进而显著影响其热电特性。一维链之间连接与否直接影响着n型和p型A5M2Pn6化合物的塞贝克系数。该项目先后承担国家自然科学基金面上项目1项，河南省高校科技创新团队支持计划1项，河南省科技创新杰出青年基金1项。8篇代表性论文被SCI引用150次，平均被引用次数19次。部分研究成果先后被Science，Energy and Environmental Science，Physical Review Letters等学科顶尖期刊中论文给予积极评价和肯定。培养硕士生22人，博士研究生3人，其中1人获河南省优秀硕士论文，1人获河南省优秀博士论文。
1900110596 河南 TB341 应用技术工程和技术研究与试验发展

8 纳米碳材料的结构和组分设计与储能 - 摘要

该项目属于材料科学技术与能源科学技术交叉领域。纳米碳材料是当代科学的前沿研究热点，对其研究有望产生材料科学与能源科学领域的变革性技术，是世界各国激烈角逐的战略科技高地。申请人基于在聚合物衍生纳米碳材料领域的长期积累做出了大量创新性工作，取得了实验技术、结构与组分调控、前瞻性应用等方面的突破性进展，赢得了国际学术界的广泛认可，引领和推动了相关领域的研究和发展。主要成果包括： 1.建立了聚膦腈衍生杂原子共掺杂型纳米碳材料的制备方法，实现了纳米碳材料组分与结构的理性设计。申请人基于聚膦腈化学结构特性，提出一步碳化法直接制备N/P/S三元共掺杂纳米碳材料的新路径，揭示了掺杂型纳米碳材料微结构与前驱体结构的对应规律、内在联系与控制机理；理性设计了多种形貌结构的聚膦腈基微纳米材料，在碳前驱体微结构的调控方面取得了系统性的重要进展，为最终纳米碳材料组分的控制建立了实验和理论基础。 2.系统认识和率先提出了聚苯乙烯基纳米碳材料微结构的精确调控方法。申请人首次发现空心聚苯乙烯-二乙烯基苯共聚物（PS-co-DVB）胶囊经超交联反应可生成外径尺寸不变的准实心均质超交联聚苯乙烯（HCPS）微球，通过对碳源HCPS的二次交联，可实现碳球介孔向微孔的转变，构筑出多级微孔结构，并显著地提高微孔孔容和比表面积；通过超交联反应物的结构变化，即由实心PS-co-DVB微球变为空心PS-co-DVB胶囊（不同空腔体积比），可实现碳源HCPS微球聚合物链间距和孔隙率的调节，优化碳球微孔结构参数；首次通过无模板法改变碳源微结构实现碳球微孔结构参数的调节，为优化多孔碳的孔结构提供了一种新方法。 3.阐明了纳米碳材料微结构、杂原子掺杂与储能的构效关系。申请人系统研究了纳米碳材料多级孔结构、掺杂原子的类型及含量与双电层储能、储氢等特性间等构效关系，揭示了中空纳米碳球空腔结构、多级孔壳层结构、比表面积、孔容、孔径分布、杂原子掺杂等结构特性与能量存储性能之间的规律，为设计制备纳米碳材料基高性能储能器件提供了理论依据。研究成果发表在Carbon、Applied Surface Science、RSC Advance、Journal of Colloid and Interface Science、ACS Sustainable Chemistry & Engineering、Soft Matter等材料、能源领域著名SCI期刊，得到国内外同行广泛引用，丰富了二次交联热解法构建聚合物基纳米碳材料理论，在国际上引领了聚膦腈前驱体一步制备多元素共掺杂纳米碳材料的研究方向，阐明的纳米碳材料微结构与储能之间的关系为未来新材料设计奠定了理论基础。研究成果得到国内外同行的广泛关注，推动了材料科学与能源科学之间的相互交叉与发展。代表性论文被他引大于130次。
1900110583 河南 TB383 应用技术工程和技术研究与试验发展

9 具有快速识别功能的杂环类超分子凝胶及其单体的批量制备 - 摘要

该项目任务主要来源于团队成员靳清贤博士主持完成的国家自然科学基金（项目名称：功能性小分子凝胶的构筑、组装调控及超分子催化，No. 21401169）以及团队成员徐粉博士主持在研的国家自然科学基金（No.21701148）。功能材料及分子的研究和发现一直是科研人员重点关注的领域，分子识别材料是一种智能化功能材料，以超分子凝胶识别为基础手段，构建分子识别材料，是一种简捷而巧妙的方式。超分子凝胶识别是利用超分子体系所构筑的具有较高复杂性和有序组织性的组装体而实现快速、准确识别，因此开发具有可视化识别功能的超分子凝胶及单体批量制备技术具有十分重要的科学意义和应用价值。该项目团队成员一直从事有机超分子凝胶、单体小分子规模化制备、有机合成方法学的研究，团队负责人有2篇代表性论文被引均80余次，论文他引300多次，代表性成果被国际同行评述为该领域研究为数不多的成果之一（JACS. 138(14):4908-4916）。该项目开发的单体分子工业化制备技术，有机合成方法的相关研究成果已经成功在国内著名企业（上海毕得医药科技有限公司）实现了应用，并出口到北美、欧洲等。项目开发的产品已在需要药物生产及研发单位中广为采用，同时该项技术为本土企业提供了强力技术支持，并为企业开拓了多种新型产品，部分产品填补了市场空白，创造了显著的经济效益。该项目的主要研究成果与特色有以下三点：（1）该项目设计了两类反应型超分子凝胶。其特征在于：在两类单体分子形成的单一的醇溶液中，加入特定一种碱性物质（氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂）后，该混合溶液可瞬间发生化学反应，从而快速组装凝胶化。且可对不同的碱性物质表示出识别现象，即向该类分子的醇溶液中分别加入一种碱性物质后，在30分钟内分别呈现为：凝胶、沉淀、溶液，三种肉眼可见的、截然不同的直观可视化现象。同时，向形成的凝胶、沉淀、溶液中再次分别加入另一种碱性物质，前期形成的凝胶、沉淀、溶液会根据后面加入的碱性物质再次发生形态的转变，且该转变可多次可逆，由此获得了一种具备可视化识别分子（或离子）的功能性超分子凝胶。（2）该项目主要获得了多种杂环类有机合成方法学研究成果，开辟了杂环胺类化合物制备新方法，同时将该类方法应用于功能分子的高效制备工艺过程中，开发出一系列凝胶杂环单体及其批量制备技术。项目开发出了多种新型凝胶单体，丰富了超分子凝胶的种类，创造性发展了该类单体的工业化制备技术，获得一种优越的工业化工艺。该工艺成功拓展应用于上百种异噁唑羧酸酯类及其衍生物的制备，产品具备极高的附加值。合作企业利用该技术，批量制备的多种单体化合物做为高端化学试剂或高级药物中间体，出口至美、日、韩、欧等国家，在相关行业研究中被大量使用，质量可靠、稳定；受到使用企业赞誉的同时，也使得生产企业获得了较高的经济价值。该项目开发的凝胶单体物质分子包含多种新型生物活性分子，这类分子在药物研发中也有非常重要的潜在用途，项目组与合作企业开展了此类分子在药物中的研发和生产，并获得了一定的突破。（3）该项目开展了超分子凝胶在智能识别材料领域的基础性研究工作，设计制备了多种具有圆偏振发光特性的谷氨酸类超分子凝胶。项目组成员利用不同的溶剂化效应获得了多种超分子自组装纳米结构及转换；利用该类凝胶实现了对区域异构体分子的可视化识别；利用该类凝胶与不同的环糊精分子、Al3+的不同识别，并获得了一种圆二色偏振光特性材料。该项目的研究成果积极拓展了超分子凝胶在偏振光特性及手性分子识别特性上功能应用，为超分子体系的功能化奠定基础。该项目获得授权发明专利5项。
1900110554 河南 TB34 应用技术工程和技术研究与试验发展

10 新型低维功能材料的制造及其储能与传感特性 - 摘要

以石墨烯、低维过渡金属氧化物等为代表的纳米功能材料由于其独特的结构和优异的物理、化学性质，在储能、光电、气敏、磁性、催化和生物医学等领域有着极为重要的研究价值和广泛的应用前景。因此，探索和发展新的合成方法，获得具有特定尺寸、形貌、维度的金属氧化物等功能材料，进而构筑功能化的纳米复合结构体系，实现其在储能、气敏等领域的应用具有非常重要的意义。该项目在国家自然科学基金等课题资助下，针对低维碳、金属氧化物等纳米复合材料中各组成部分的材料匹配、界面设计、复合方法、结构演变规律等科学问题，系统开展了基于金属氧化物纳米复合功能材料制造及其储能、传感等特性的基础研究。重要科学发现如下： 1.开发了低维过渡金属氧化物/石墨烯（碳纳米管）等纳米复合功能材料的简易、低成本制造方法，为复合材料在超级电容器等储能器件应用奠定重要基础。采用氧化石墨烯（碳纳米管）结构缺陷诱导等方法，将金属氧化物如SnO₂、Ni(OH)₂、ZnO等量子点原位生长石墨烯片层或填补在石墨烯（碳纳米管）的缺陷位置，宏量制备出具有特定功能结构的石墨烯（碳纳米管）/金属氧化物复合物材料，开发出一种设计合理、低成本大量生产低维碳/金属氧化物纳米复合材料的普适方法。这种复合物材料具有优异的电化学储能性质，在保持较高功率密度的前提下，极大地提升了碳基超级电容器的能量密度，为发展高效实用化的电化学储能器件提供了理论基础与技术支持。 2.发展了多种低维金属氧化物半导体/硅纳米孔柱阵列复合体系，进一步拓展了其在气体传感器领域的应用。采用以硅纳米孔柱阵列（Si-NPA）为基底，将金属氧化物半导体与Si-NPA原位复合生长技术，制备了多种金属氧化物（ZnO、SnO₂等）/Si-NPA纳米复合体系。这种结构独特、特性良好的非传统纳米结构阵列，极大地增加了其传感器的比表面积，非常有利于气体的传输，具有优异的气体传感特性，为发展高性能的气敏器件奠定基础。 3.开展了基于氧化铜纳米结构异质结的设计、构筑及其气敏等性能研究。作为一种新型重要功能材料，CuO纳米材料化学稳定性好、比表面积大、原料成本低、具有多形态纳米尺寸和环境友好等优势，在传感器、储能、催化材料、生物医药和环境治理等方面具有很好的应用前景。项目设计、制备了CuO/石墨烯、CuO/ZnO等多种异质结纳米复合材料，并结合微加工工艺，构筑其功能原型器件，获得了复合材料优异的气敏和光催化性能。通过对异质结表面和复合界面的结构调控，揭示了氧化铜异质结的光生载流子的分离机制。该项目研究工作在Nano-Micro Letters等期刊共发表SCI论文69篇，8篇代表性论文被Chemical Reviews（影响因子52.613）、Advanced Energy Materials等国际重要期刊他引159篇，获得国内外同行的关注和认可。出版了4部学术专著，获得7项国家授权发明专利，相关结果不仅丰富了低维金属氧化物功能材料基础数据，而且为探索开发新型低维功能材料提供了科学理论依据和技术指导。
1900110540 河南 TB383 应用技术工程和技术研究与试验发展

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