新型能源材料的设计与实现团队

团队负责人：卢遵铭

（一）研究方向与研究内容

研究方向：瞄准科技前沿和国家重大需求，结合京津冀优势支柱产业和战略性新兴产业，围绕产能、储能和能源转化等关键材料与技术，开展新能源材料的研发。研究方向包括新型高效的电解水产氢、高效储氢材料——氨硼烷、燃料电池中的关键催化材料以及新能源材料的理论设计与行为机理研究。

研究内容：

（1）新能源材料的理论设计与行为机理研究

结合凝聚态物理，理论化学、材料物理学与计算机算法等相关学科，基于密度泛函理论计算和分子动力学模拟，研究储能材料、能源转化材料的各种物理化学性质，深入理解材料从微观到宏观多个尺度的各种现象与特征，对材料的结构和物理化学性能进行理论预测，从而设计出新型高效的材料。同时，对实验合成的新材料，结合实验表征，模拟材料的微观结构与行为机制，研究材料的作用机理，明确材料的微观结构-电子结构-宏观物性的内在关系和影响机制，提出高效新能源材料设计的原则。

（2）新型高效的电解水产氢

利用化学/电化学方法合成不同尺度和形貌的金属和非金属基电催化剂，通过设计特定的表面修饰和界面复合调控催化剂的表/界面电子结构，提高催化剂的本征催化活性和催化位点数目，利用理论计算和实验相结合的方法确定电催化反应活性位点及其电催化反应机理，降低析氢反应和析氧反应动力学，并将其应用于电解水制氢、金属空气电池等新能源领域。

（3）高效储氢材料——氨硼烷放氢

储氢材料快速、大量释放出氢气，需要研制高效催化剂。这集中于探索多元过渡金属纳米合金的制备工艺，通过掺杂、表面修饰、腐蚀等方法对材料的电子结构、形貌和物相组成进行调控，通过载体与负载物之间的相互协同作用调控催化剂的光吸收作用及所暴露活性位点，从而制备廉价、性能优异的储氢材料放氢催化剂，为氢能的储运和广泛应用提供保障。

（4）燃料电池中的关键催化材料

燃料电池是高效、洁净的氢能转化装置，催化材料是燃料电池商业化的瓶颈。目前，燃料电池的催化剂依然离不开Pt。通过对Pt表面进行修饰改性，研制出核-壳型纳米金属复合材料、多重负载型纳米金属催化剂、表面合金材料等，一方面用于催化甲醇、甲酸等燃料的氧化反应，另一方面用于催化氧气还原的反应。通过研究催化剂微观结构和宏观催化性能之间的联系，对催化剂微结构进行优化，减少贵金属的用量，提高贵金属的利用效率，丰富和发展纳米材料催化的基础与应用研究。

此外，团队致力于开发非Pt（Ag基、Pd基）、非贵金属（MnO2等金属氧化物）催化剂，通过应力调控、单原子催化、多级载体负载等方法，调控催化剂的电子结构与催化行为；在材料合成的基础上，研究催化剂在实际的催化反应体系中结构、组成、表观形貌、尺寸以及金属-载体效应，梳理非Pt催化剂中的组成-微观结构-电子结构-性能的关系。

（二）队伍结构

本团队现有成员5名，其中研究员1人，副教授/副研究员4人，平均年龄小于40岁。从事理论计算的教师为1人，从事实验研究的教师为4人。

团队中现有河北省三三三人才2人；元光学者3人，其中启航岗A为3人。

（三）现有科研条件

计算资源：由22个高性能服务器组成的计算集群1套，安装有Materials Studio, VASP, Gaussian等计算软件。

实验仪器：干燥箱5台，马弗炉3台，管式炉4台，冷冻干燥机1台，光催化仪1台，电化学工作站2台，磁力搅拌器若干，通风橱3台，手套箱1台。

科研用房：120 m2。