物理所2011年度国家科学技术奖励北京市推荐项目公示

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卯迭籍夔
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1 项目名称 : 多壳层中空纳微结构材料的可控制备与功能化提名专家 1( 责任专家 ): 冯守华, 吉林大学, 教授, 无机化学提名专家 2: 陈军, 南开大学, 教授, 无机化学提名专家 3: 俞书宏, 中国科学技术大学, 教授, 无机化学提名意见 : 多壳层中空微纳结构材料因其独特的多壳和中空的结构特征, 在能源转换与存储传感催化电磁波吸收药物缓释等领域极具应用潜力本项目发展了简单普适和可控的多壳层中空纳微结构材料的合成方法 : 次序模板法, 为多壳层中空纳微结构材料的可控制备提供了新策略, 广泛适用于各种无机多壳层中空纳微结构材料的制备, 揭示了此类纳微结构的形成机理和制备规律, 引领了该类材料的可控制备和结构调控研究, 探索了多壳层中空纳微结构对染料敏化太阳能电池锂离子电池电极材料及气体传感材料等的性能强化, 促进了该研究领域的快速发展, 具有国际领先的学术水平鉴于所取得的原创性研究成果和国际影响力, 推荐王丹团队申报国家自然科学二等奖 1

2 项目简介多壳层中空纳微结构材料因其独特的多壳和中空的结构特征, 具有比表面积大负载量高等优点, 同时有利于气体或液体在其内部的扩散传输, 在能源转换与存储传感催化电磁波吸收药物缓释等领域极具应用潜力然而, 缺乏一种简单普适可控的合成方法, 成为制约多壳层中空纳微结构材料功能调控与应用发展的关键本项目发展了一种多壳层中空纳微结构的普适合成方法次序模板法, 在国际上率先系统深入开展了多壳层中空纳微结构材料的形成机制制备规律结构调控及功能应用研究, 为多壳层中空纳微结构的制备提供了具有突破贡献的新策略, 促进了该研究领域的快速发展重要科学发现包括 : 1. 发展了一种多壳层中空纳微结构的普适合成方法基于碳球对金属离子的吸附作用, 通过控制金属离子在碳球上的吸附深度, 以及热处理过程中碳球的氧化收缩速率与金属氧化物的聚集结晶速率, 利用碳球的多次模板作用, 制备了壳层数可控的金属氧化物空心球 ; 该方法使多壳层中空纳微结构的合成不再受制于前驱体与的模板相互作用, 也无需繁琐的合成过程, 广泛适用于各种无机多壳层中空纳微结构材料的制备, 现已被国际同行广泛采用 2. 建立了多壳层中空纳微结构的可控制备和结构调控策略提出了强化吸附的合成策略, 通过对碳球模板的前处理, 以及对前驱体溶液吸附条件的调节, 精确控制金属离子在碳球模板上的浓度分布, 结合热处理方式的控制, 实现了对多壳层中空纳微结构壳层数壳层厚度晶粒尺寸壳层间距等结构参数的有效调控 ; 基于金属阴离子吸附机制和 Trojan 催化燃烧, 突破了常规金属阳离子吸附的局限, 实现了高价态金属氧化物多壳层中空纳微结构的合成 3. 开发了多壳层中空纳微结构材料在新能源与传感领域的应用针对染料敏化太阳能电池锂离子电池气体传感器等器件对材料的不同要求, 通过合理的结构设计, 利用多壳层中空纳微结构材料, 获得了多种性能良好的新能源与传感器件 ; 证实了多壳层中空纳微结构对器件性能的提升作用, 为新型无机功能材料的设计开发提供了行之有效的途径该项目受到国际学术界的广泛关注与认可授权中国发明专利 4 项,8 篇代表论性论文 ( 包括 Angew. Chem. Int. Ed. 2 篇,Adv. Mater. 2 篇,Energy Environ. Sci.2 篇, 篇均 IF=18.044) 被 SCI 他引 2154 次, 他引次数超过 600 次的 1 篇, 超过 300 次 200 次 100 次的各 2 篇, 篇均他引 269 次 ;7 篇入选美国科技信息所基本科学指标数据库 (ESI) 高被引论文第一完成人入选 2016 年英国皇家化学会综合化学领域和能源与可持续领域 Top 1% 高被引中国作者榜单, 在国内外学术会议上作邀请报告 30 次, 其中主题 / 大会报告 8 次 ; 作为大会联合主席于 2017 年组织召开了国际中空结构材料研讨会应邀在 Chem. Soc. Rev., Energy Environ. Sci., Mater. Chem. Front. 上发表综述 3 篇,Adv. Mater. 杂志即将出版中空纳微结构材料的专刊 2

3 客观评价一总体评价本项目 8 篇代表性论文被 SCI 他引 2154 次, 他引次数超过 600 次的 1 篇, 超过 300 次 200 次 100 次的各 2 篇, 篇均他引 269 次 ;7 篇入选美国科技信息所基本科学指标数据库 (ESI) 高被引论文论文被包括 Chemical Reviews Chemical Society Reviews Nature Communications Science Advances Advanced Materials Nano Energy ACS Nano 等国际权威学术期刊引用和高度评价二对重要科学发现的评述 (1) 对重要科学发现一的评述在多壳层中空纳微结构的普适合成方法研究方面, 得到了国内外同行的关注和评述美国加州大学河滨分校 Yadong Yin 教授在其发表于 Chemical Reviews(2016, 116, 10983) 上的综述中大段引用了代表性论著 1 所述成果, 并评述道 : 不同于层层组装法, 在去除模板之前, 次序模板法无需在模板上一层一层的修饰上目标层与合作者通过对吸附了金属盐前驱体溶液的碳球进行程序升温热处理, 制备得到了多壳层的金属氧化物微球这一方法适用于大部分金属氧化物材料的合成新加坡南洋理工大学 Xiong Wen (David) Lou 教授在 Advanced Materials(2012, 24, 4609) 上评价了王丹研究员及其合作者的工作称 : 与合作者成功地发展了一种普适的方法用于几种金属氧化物多壳层空心微球的合成武汉理工大学麦立强教授在其发表于 Advanced Materials(2016, 116, 10983) 上的综述中大段引用了代表性论著 1 所述成果, 并评述道 : 这一方法能够普适性的应用于各种金属氧化物多壳层空心球的制备 (2) 对重要科学发现二的评述在建立了多壳层中空纳微结构的可控制备和结构调控策略研究方面, 美国肯特州立大学的 Mietek Jaroniec 教授在其发表于 Chemical Society Reviews(2016, 45, 6013) 上的综述中大段引用了代表性论著所述成果, 并评述道 : 以水和乙醇的混合物为溶剂, 合成了多壳层的 Co3O4 乙醇的引入减少了 Co 离子与水的配位, 因此能够减小水合 Co 离子的半径这一策略被用于控制金属离子在碳球模板上的扩散, 从而能够获得多壳层结构这一方法同样适用于 α-fe2o3 多壳层空心球的合成 ; 通过改变溶液 ph 值能够控制吸附在碳球上的金属离子的量, 合成了具有多壳层结构的 Mn2O3 这一策略通过改变碳球的 Zeta 电位, 进而能够很好的控制碳球与金属离子之间的静电吸附作用美国加州大学河滨分校 Yadong Yin 教授在发表于 Chemical Reviews(2016, 116, 10983) 的综述中评价了代表性论著 1 和 3 所述成果 : 通过控制金属离子的吸附量来调控壳层数, 这一方法适用于大部分金属氧化物材料 ; Dong 等进一步改进了次序模板法通过控制前驱体浓度和热处理过程, 不仅能够控 3

4 制壳层数, 还能实现对壳层间距的良好调控武汉理工大学麦立强教授在其发表于 Advanced Materials(2017, 29, ) 上的综述中评价了王丹研究员及其合作者的工作称 : 除了金属盐溶液的浓度, 溶剂类型升温速率 ph 值和吸附次数等, 对于控制金属氧化物中空结构的壳层数壳层厚度和壳层间距等结构参数同样发挥着重要作用此外, 本项目发现的阴离子吸附机制用于合成多壳层中空纳微结构的工作 (Nature Energy 2016, 1, 16050) 被美国肯特州立大学的 Mietek Jaroniec 教授在其发表于 Chemical Society Reviews(2016, 45, 6013) 上的综述中大段引用并评述 : 将阴离子竞争吸附与特洛伊催化燃烧过程相结合, 这一新方法被用于合成多壳层的 V2O5 空心球该方法具有广泛的适用性, 已被用于合成 MnO2, MoO3,Cr2O3 和 WO3 多壳空心球 (3) 对重要科学发现三的评述在多壳层中空纳微结构材料在新能源与传感领域的应用研究方面, 加拿大滑铁卢大学 Zhongwei Chen 教授在其发表于 ACS Nano(2017, 11, 11521) 上的文章中评价王丹研究员及其合作者的工作称 : 具有更多壳层数的多壳层空心球能够为材料的性能调控提供更多的自由度, 可以通过设计并构造具有多种组分和复杂结构的材料, 赋予其更加优异的性能新加坡南洋理工大学 Xiong Wen (David) Lou 教授在其发表于 Science Advances(2016, 2, e ) 上指出代表性论著 2 的综述结果 : 这种由纳米壳层构成的中空结构已被证明能够避免纳米颗粒的团聚, 从而保证颗粒之间有效的电子传导, 使其具有优异的循环性能武汉理工大学麦立强教授在其发表于 Advanced Materials(2017, 29, ) 上的综述中评价了代表性论著 3 和 5 所述成果 : 及其合作者合成了一系列具有可控壳层数和壳层间距的 ZnO 和 SnO2 空心球 ; 并发现多壳层中空微球能够为染料吸附提供更多的比表面积, 并且能够使入射光在不同壳层间多次反射与散射, 因而光电转换效率随着壳层数的增加而提高美国肯特州立大学的 Mietek Jaroniec 教授在其发表于 Chemical Society Reviews(2016, 45, 6013) 上的综述中大段引用了代表性论著 6 和 7 所述成果, 并评述道 : 多壳层 α-fe2o3 空心球由于其独特结构能够提供更多的储锂位点, 因而展现出优异的储锂性能 4

5 代表性论文专著目录论文署名序号论文专著名称 / 刊名 / 作者影响因子年卷页码 (xx 年 xx 卷 xx 页 ) 发表时间 ( 年月日 ) 通讯作者 ( 含共同 ) 第一作者 ( 含共同 ) 国内作者 SCI 他引次数他引总次数单位是否包含国外单位赖小 General synthesis and 勇, gas-sensing properties 李 of multiple-shell metal 军, oxide hollow 董正 1 microspheres/ Angew.Chem.Int.Ed./ Xiaoyong Lai,Jun ,50, Dan Xiaoyong Lai,Jun Li 洪, 李振民, 是 Li,Brian A. 苏发 Korgel,Zhenghong 兵, Dong,Zhenmin Li, Fabing 杜 Su,Jiang Du,Dan 江, 王丹 5

6 Recent advances in micro-/nano-structured hollow spheres for 2 energy applications: From simple to complex systems/energy ,5, Dan Xiaoyong Lai 赖小勇, 王丹否 Environ.Sci./Xiaoyong Lai,Jonathan E. Halpert,Dan 董正 3 Accurate control of multishelled ZnO hollow microspheres for dye-sensitized solar cells with high efficiency/adv. Mater./Zhenghong Dong, Xiaoyong Lai,Jonathan E.Halpert,Nailiang Yang,Luoxin Yi,Jin Zhai,Dan,Zhiyong Tang,Lei Jiang ,24, Dan, Zhiyong Tang Zhenghong Dong 洪, 赖小勇, 杨乃亮, 易落新, 翟锦, 王丹, 唐智勇, 否江雷 Accurate control of 王江 multishelled Co3O4 艳, hollow microspheres as 杨乃 high-performance anode 亮, materials in 唐红 lithium-ion batteries 杰, 4 /Angew.Chem.Int.Ed./ Jiangyan,Nailiang Yang,Hongjie ,52, Dan Jiangyan 董正洪, 金是 Tang,Zhenghong 泉, Dong,Quan Jin,Mei 杨 Yang,David, 梅, Kisailus,Huijun 唐智 Zhao,Zhiyong Tang,Dan 勇, 王丹 6

7 董正洪, Quintuple-shelled SnO2 任 hollow microspheres 浩, with superior light 王江 scattering for 艳, high-performance 于然 dye-sensitized solar 波, 5 cells/adv. Mater./ Zhenghong Dong,Hao Ren,Colin ,26, Ranbo Yu,Dan Zhenghong Dong 金泉, 杨是 M.Hessel,Jiangyan 梅,,Ranbo Yu,Quan 胡柱 Jin,Mei Yang,Zhudong 东, Hu,Yunfa Chen,Zhiyong 陈运 Tang,Huijun Zhao,Dan 法, 唐智勇, 王丹 α-fe2o3 multi-shelled 许思 hollow microspheres for 梦, lithium ion battery 任 anodes with superior 浩, 6 capacity and charge retention/energy Environ.Sci./Simeng ,7, Ranbo Yu,Dan Simeng Xu,Colin M.Hessel 于然波, 金是 Xu,Colin M.Hessel, Hao 泉, Ren,Ranbo Yu,Quan 杨 Jin,Mei Yang,Huijun 梅, Zhao,Dan 王丹 7

8 7 ph-regulated synthesis of multi-shelled manganese oxide hollow microspheres as supercapacitor electrodes using carbonaceous microspheres as templates/adv. Sci./Jiangyan,Hongjie Tang,Hao Ren,Ranbo Yu,Jian Qi,Dan Mao,Huijun Zhao,Dan ,1, Ranbo Yu,Dan Jiangyan 王江艳, 唐红杰, 任浩, 于然波, 齐健, 毛丹, 王丹是任 Multishelled TiO2 浩, hollow microspheres as 于然 anodes with superior 波, reversible capacity for 王江 8 lithium ion batteries/nano Lett./Hao Ren,Ranbo ,14, Ranbo Yu,Dan Hao Ren 艳, 金泉, 是 Yu,Jiangyan,Quan 杨 Jin,Mei Yang,Dan Mao, 梅, David Kisailus,Huijun 毛 Zhao,Dan 丹, 王丹合计

9 主要完成人情况表姓名王丹性别男排名 1 国籍中国出生年月 1969 年 06 月 14 日出生地吉林磐石民族汉族身份证号 X 归国人员是归国时间 2004 年 2 月技术职称研究员最高学历研究生最高学位博士毕业学校日本山梨大学毕业时间 2001 年 3 月所学专业功能材料电子邮箱 danwang@ipe.ac.cn 办公电话移动电话通讯地址北京市海淀区中关村北二街 1 号邮政编码工作单位中国科学院过程工程研究所行政职务无二级单位生化工程国家重点实验室党派群众所在地北京完成单位中国科学院过程工程研究所单位性质公益型研究单位参加本项目的起止时间 2010 年 1 月 1 日至 2014 年 12 月 10 日对本项目主要学术贡献 : 项目负责人本项目关键学术思想的提出者研究思路和研究方案的制定者在多壳层中空纳微结构的普适合成方法结构调控和功能应用等方面均取得了创新性成果是代表性论著 1 2 和 4 的单独通讯作者,3 和 5-8 的共同通讯作者曾获国家科技奖励情况 : 无声明 : 本人同意完成人排名, 遵守国家科学技术奖励条例及其实施细则的有关规定, 承诺遵守评审工作纪律, 保证所提供的有关材料真实有效, 且不存在任何违反中华人民共和国保守国家秘密法和科学技术保密规定等相关法律法规及侵犯他人知识产权的情形该项目是本人本年度被提名的唯一项目如有材料虚假或违纪行为, 愿意承担相应责任并接受相应处理如产生争议, 保证积极配合调查处理工作完成单位声明 : 本单位确认该完成人情况表内容真实有效, 且不存在任何违反中华人民共和国保守国家秘密法和科学技术保密规定等相关法律法规及侵犯他人知识产权的情形如产生争议, 愿意积极配合调查处理工作工作单位声明 : 本单位对该完成人被提名无异议本人签名 : 单位 ( 盖章 ) 9

10 主要完成人情况表姓名于然波性别女排名 2 国籍中国出生年月 1972 年 7 月 21 日出生地吉林舒兰民族汉身份证号 X 归国人员是归国时间 2004 年 4 月技术职称教授最高学历研究生最高学位博士毕业学校日本山梨大学毕业时间 2002 年 3 月所学专业功能材料电子邮箱 ranboyu@ustb.edu.cn 办公电话移动电话通讯地址北京市海淀区学院路 30 号冶金楼邮政编码工作单位北京科技大学行政职务无二级单位冶金与生态工程学院党派中国共产党完成单位北京科技大学所在地北京单位性质高等院校参加本项目的起止时间 2010 年 1 月 1 日至 2014 年 12 月 10 日对本项目主要学术贡献 : 项目的主要参与者在多壳层中空纳微结构的可控合成和功能应用方面均有创造性贡献提出了多壳层中空纳微结构的结构调控策略, 实现了金属氧化物多壳层中空纳微结构对锂离子电池染料敏化太阳能电池材料等的性能强化是代表性论著 5-8 的共同通讯作者曾获国家科技奖励情况 : 无声明 : 本人同意完成人排名, 遵守国家科学技术奖励条例及其实施细则的有关规定, 承诺遵守评审工作纪律, 保证所提供的有关材料真实有效, 且不存在任何违反中华人民共和国保守国家秘密法和科学技术保密规定等相关法律法规及侵犯他人知识产权的情形该项目是本人本年度被提名的唯一项目如有材料虚假或违纪行为, 愿意承担相应责任并接受相应处理如产生争议, 保证积极配合调查处理工作完成单位声明 : 本单位确认该完成人情况表内容真实有效, 且不存在任何违反中华人民共和国保守国家秘密法和科学技术保密规定等相关法律法规及侵犯他人知识产权的情形如产生争议, 愿意积极配合调查处理工作工作单位声明 : 本单位对该完成人被提名无异议本人签名 : 单位 ( 盖章 ) 10

11 主要完成人情况表姓名王江艳性别女排名 3 国籍中国出生年月 1988 年 8 月出生地湖南郴州民族汉身份证号归国人员否归国时间 / 技术职称无最高学历研究生最高学位博士毕业学校中国科学院大学毕业时间 2016 年 1 月所学专业材料学电子邮箱 jiangyan@stanford.edu 办公电话 / 移动电话通讯地址 McCullough 117A, 476 Lomita Mall, Stanford University, Stanford, California, 94305, USA 邮政编码工作单位斯坦福大学行政职务无二级单位 / 党派中国共产党所在地北京完成单位中国科学院过程工程研究所参加本项目的起止时间 2011 年 9 月 1 日至 2014 年 12 月 10 日对本项目主要学术贡献 : 单位性质公益型研究单位项目的主要参加者在强化吸附调控多壳层中空纳微结构, 以及多壳层中空纳微结构材料在锂离子电池等新能源应用研究方面做出了创造性贡献是代表性论著 4 和 7 的第一作者曾获国家科技奖励情况 : 无声明 : 本人同意完成人排名, 遵守国家科学技术奖励条例及其实施细则的有关规定, 承诺遵守评审工作纪律, 保证所提供的有关材料真实有效, 且不存在任何违反中华人民共和国保守国家秘密法和科学技术保密规定等相关法律法规及侵犯他人知识产权的情形该项目是本人本年度被提名的唯一项目如有材料虚假或违纪行为, 愿意承担相应责任并接受相应处理如产生争议, 保证积极配合调查处理工作完成单位声明 : 本单位确认该完成人情况表内容真实有效, 且不存在任何违反中华人民共和国保守国家秘密法和科学技术保密规定等相关法律法规及侵犯他人知识产权的情形如产生争议, 愿意积极配合调查处理工作工作单位声明 : 本单位对该完成人被提名无异议本人签名 : 单位 ( 盖章 ) 11

12 主要完成人情况表姓名赖小勇性别男排名 4 国籍中国出生年月 1982 年 04 月出生地重庆民族汉身份证号归国人员否归国时间 / 技术职称副研究员最高学历研究生最高学位博士毕业学校吉林大学毕业时间 2009 年 06 月所学专业材料物理与化学电子邮箱 xylai@nxu.edu.cn 办公电话移动电话通讯地址宁夏银川市西夏区贺兰山西路 489 号 A58 号信箱邮政编码工作单位宁夏大学行政职务无二级单位省部共建煤炭高效利用与绿色化工国家重点实验室党派民进会员所在地北京完成单位中国科学院过程工程研究所参加本项目的起止时间 2010 年 1 月 1 日至 2011 年 6 月 30 日对本项目主要学术贡献 : 单位性质公益型研究单位项目的主要参加者在发展多壳层中空纳微结构的普适合成方法方面做出了创造性贡献是代表性论著 2 的第一作者, 代表性论著 1 的共同第一作者曾获国家科技奖励情况 : 无声明 : 本人同意完成人排名, 遵守国家科学技术奖励条例及其实施细则的有关规定, 承诺遵守评审工作纪律, 保证所提供的有关材料真实有效, 且不存在任何违反中华人民共和国保守国家秘密法和科学技术保密规定等相关法律法规及侵犯他人知识产权的情形该项目是本人本年度被提名的唯一项目如有材料虚假或违纪行为, 愿意承担相应责任并接受相应处理如产生争议, 保证积极配合调查处理工作完成单位声明 : 本单位确认该完成人情况表内容真实有效, 且不存在任何违反中华人民共和国保守国家秘密法和科学技术保密规定等相关法律法规及侵犯他人知识产权的情形如产生争议, 愿意积极配合调查处理工作工作单位声明 : 本单位对该完成人被提名无异议本人签名 : 单位 ( 盖章 ) 12

13 主要完成人情况表姓名任浩性别男排名 5 国籍中国出生年月 1987 年 12 月 24 日出生地安徽淮北民族汉身份证号归国人员否归国时间 / 技术职称无最高学历研究生最高学位博士毕业学校北京科技大学毕业时间 2015 年 12 月所学专业冶金工程电子邮箱 renhao.cn@gmail.com 办公电话 / 移动电话 (+65) 通讯地址 Jurong West St 61, #07-500, Singapore 邮政编码工作单位新加坡南洋理工大学行政职务无二级单位材料科学与工程学院党派中国共产党完成单位北京科技大学所在地北京单位性质高等院校参加本项目的起止时间 2011 年 9 月 1 日至 2014 年 12 月 10 日对本项目主要学术贡献 : 项目的主要参加者对多壳层中空纳微结构的结构调控及其在锂离子电池材料的性能强化方面做出了创造性贡献是代表性论著 8 的第一作者曾获国家科技奖励情况 : 无声明 : 本人同意完成人排名, 遵守国家科学技术奖励条例及其实施细则的有关规定, 承诺遵守评审工作纪律, 保证所提供的有关材料真实有效, 且不存在任何违反中华人民共和国保守国家秘密法和科学技术保密规定等相关法律法规及侵犯他人知识产权的情形该项目是本人本年度被提名的唯一项目如有材料虚假或违纪行为, 愿意承担相应责任并接受相应处理如产生争议, 保证积极配合调查处理工作完成单位声明 : 本单位确认该完成人情况表内容真实有效, 且不存在任何违反中华人民共和国保守国家秘密法和科学技术保密规定等相关法律法规及侵犯他人知识产权的情形如产生争议, 愿意积极配合调查处理工作工作单位声明 : 本单位对该完成人被提名无异议本人签名 : 单位 ( 盖章 ) 13

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附件1

附件1 附件 1 教学成果报告成果名称建设国家精品课程, 培养化学创新人才成果完成人巢晖陈六平乔正平石建新陈小明龚孟濂毛宗万童叶翔汪波成果完成单位中山大学 1 中山大学提出了大学是学术共同体教授就是大学善待学生和人心向学