一、广西自然科学奖

一、广西自然科学奖

1、项目的名称:低维功能材料设计及其储氢、生物传感特性研究

2、拟推荐单位：广西教育厅

3、项目简介：

低维材料作为一种新型功能材料，在储氢、传感等方面有着非常重要的应用，也是当前材料科学领域中最活跃和最有前途的研究内容。由于低维纳米粒子属于原子簇和宏观物体之间的过渡区域，内部原子存在有序-无序结构，因此低维纳米粒子具有独特的壳层结构，与体相材料的长程有序不同，这导致了低维功能材料出现了一系列的特有的现象和性质。这些特性使得低维功能材料在储氢、传感领域具有广泛的应用。本研究瞄准储/制氢和化学生物传感器的关键科学问题，从低维材料设计、制备、结构与性能的调制入手，借助相图与第一性原理设计，系统开展了低维功能材料的创制及其在储氢、传感等领域的研究，取得了原创性研究成果。本研究工作不仅实现了低维功能材料储能功能的热力学动力学控制、阐明了其构效关系，丰富了相关基础数据，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。

科学发现一：创新性提出了在MOFs材料上复合氢溢流催化剂，通过掺杂氢溢流催化剂并在催化剂和多孔金属有机化合物间构造碳桥，有效地实现氢气分子在活性金属原子上的解离，并通过碳桥实现了氢原子向多孔金属有机化合物孔内部及表面的溢流扩散和吸附，从而提高了MOFs在温和条件下的吸放氢水平，阐明了储氢机理,为开展MOFs常温储氢性能研究奠定了科学基础。首次合成了高热稳定性的纳米级的Al基MOFs材料，发现Al-MOFs具有优良的气体吸附性能，对CO2 优良的选择性吸附，对节能减排有重要的意义，同时也为开展新型高热稳定性MOFs材料的合成与应用提供了理论依据。合成了新型氨基修饰孔道MOFs材料(CAU-1)，并从理论计算的角度指出氨基修饰孔道MOFs材料的气体吸附机理（代表作1,2,6,7）

科学发现二：采用碳纳米材料构建了纳米生物相容电极界面，显著提高了生物分子和细菌在电极上的电子传递速率，将葡萄糖的检测范围提高了一个数量级，发展了碳纳米生物传感的研究方法。采用铂、金纳米粒子和氧化物诱导生物分子和电子之间的电子传递，实现了生物分子和电极之间的快速电子传递，为发展新型生物传感和生物燃料电池提供了技术支撑。创新性地采用导电聚合物修饰的电极诱导生物分子和电子之间的电子传递，实现了细菌和电极之间的直接电子传递，为生物燃料电池研发和应用奠定了技术基础（代表作3,8）。

科学发现三：基于相图与理论计算系统地开展了LaNi5和Mg基合金的储氢性能研究，为

发展高效及实用化的镍氢电池提供了理论基础与技术支持。开展了相图测定与相关系的

分析研究工作，对金属有机框架化合物等储氢材料、优良性能的稀土基合金电极材料的

设计与研制具有重要的意义。（代表作4,5）

本项目的完成显著提高了我国在低维功能材料在储能、传感领域的研究水平，在国内

外同行中产生重要影响。在国内外同行中产生重要影响。8篇代表性论文被他引590次，

其中ESI高被引论文2篇，1篇论文获得2008年中国最具影响百篇学术论文，单篇被他

人引用次数达到178次。2篇论文刊登在国际权威期刊Energy & Environmental Science （IF 25.4）。研究成果被储氢、储热、传感器领域权威杂志（如Chemical Reviews, Nano Letter，ACS NANO，Chemistry of Materials, Analytical Chemistry等）引用并高度

评价。与美国国家标准技术研究院（NIST）共同成功申请了国际IUPAC储氢材料热力学

研究合作项目，提升了我国在此领域的国际影响力和知名度。与中国科学院图书档案信

息中心合作，首次创建了储氢材料数据库。项目完成人作为会议共同主席承办国际化学

热力学会议2次、国际化学化工与先进材料会议1次、全国化学热力学会议2次，作为

组委会（副）主席承办全国储能与动力电池会议1次、全国相图会议1次，多次应邀担

任国际国内学术会议组委会成员。应邀在国际国内会议上作大会邀请报告8次。负责人

入选爱思唯尔2014、2015、2016年中国高被引学者榜单、英国皇家化学会会士。上述创

新性研究成果对于基于低微功能材料的储氢材料与传感器的理论设计、制备、开发、环

境保护、国家安全、经济建设和提高人民群众健康水平等具有重要的科学理论意义和社

会经济价值。

4、论文专著目录

1. Improved hydrogen storage in the modified metal-organic frameworks by hydrogen spillover effect, By: Liu, Ying-Ya; Zeng, Ju-Lan; Zhang, Jian; et al. INTERNATIONAL JOURNAL OF HYDROGEN ENERGY Volume: 32 Issue: 16 Special Issue: SI Pages: 4005-4010 Published: NOV 2007 (影响因子

3.2，引用次数 113，他引 110，ESI 高被引，中国百篇)

2. High and selective CO2 uptake, H-2 storage and methanol sensing on the amine-decorated 12-connected MOF CAU-1， By: Si, Xiaoliang; Jiao, Chengli; Li, Fen; et al.ENERGY & ENVIRONMENTAL SCIENCE Volume: 4 Issue: 11 Pages: 4522-4527 Published: NOV 2011 （影响因子25.4，引用次数 109，他引 99，封

面文章）

3. Glucose biosensor based on electrodeposition of platinum nanoparticles onto carbon nanotubes and immobilizing enzyme with chitosan-SiO2 sol-gel.By: Zou, Yongjin; Xiang, Cuili; Sun, Li-Xian; et al.

BIOSENSORS & BIOELECTRONICS Volume: 23 Issue: 7 Pages: 1010-1016 Published: FEB 28 2008，（影响因子7.47，引用次数 190，他引178）

4. Effect of high and low temperature on the electrochemical performance of LaNi4.4-xCo0.3Mn0.3Alx hydrogen storage alloys. By: Balogun, Muhammad-Sadeeq; Wang, Zhongmin; Zhang, Huaigang; et al.JOURNAL OF ALLOYS AND COMPOUNDS Volume: 579 Pages: 438-443 Published: DEC 5 2013 （影响因子3.0，引用次数10，

他引8次）

5. Hydrogen storage properties and thermal stability of amorphous Mg-70(RE25Ni75)(30) alloys. By: Chen, He-xin; Wang, Zhong-min; Zhou, Huai-ying;

et al.JOURNAL OF ALLOYS AND COMPOUNDS Volume: 563 Pages: 1-5 Published: JUN 25 2013 （影响因子3.0，引用次数 5 次，他引5 次）

6. Mesoporous metal-organic frameworks: design and applications. By: Song, Lifang; Zhang, Jian; Sun, Lixian; et al. Zhou HY.

ENERGY & ENVIRONMENTAL SCIENCE Volume: 5 Issue: 6 Pages: 7508-7520 Published: JUN 2012 （影响因子25.4，引用次数 75，他引64）

7. Zhang, Jian; Sun, Lixian*; Xu, Fen; Li, Fen; Zhou, Huai-Ying; Liu, Ying-Liang; Gabelica, Zelimir; Schick, Christoph. H2 storage and CO2 capture on a nanoscale metal organic framework with high thermal stability. Chemical Communications, 2012, 48: 759-761. (IF 6.718, Times cited: 16) （影响因子6.5，引用次数 25，

他引21）

8. A mediatorless microbial fuel cell using polypyrrole coated carbon nanotubes composite as anode material By: Zou, Yongjin; Xiang, Cuili; Yang, Lini; et al. INTERNATIONAL JOURNAL OF HYDROGEN ENERGY Volume: 33 Issue: 18 Pages: 4856-4862 Published: SEP 2008 （影响因子3.2, ESI高被引，引用次数113，他

引105次）

5、项目依托的基金：

（1）863 计划、多孔金属有机框架化合物（MOFs）储氢材料及其储氢器研究与开发