项目名称功能复合材料的多尺度结构设计与性能调控推荐单

项目名称：功能复合材料的多尺度结构设计与性能调控

推荐单位：北京科技大学

项目简介：

本项目属于功能复合材料领域。在国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目支持下，历经十余年的研究，发展了在微米、纳米和原子级等不同尺度上定向构筑多级结构的新方法，从提升材料性能的本质因素出发调控电子运动行为和能量状态，在复合材料的设计理念、合成方法和性能调控等方面取得了创新研究成果，为获得高性能功能复合材料提供了重要的理论指导。主要发现点和科学价值如下：

(1) 构筑原子尺度结构-活性位点促进电子/质子转移：

发展了在三维多孔骨架内定向锚定贵金属粒子或功能有机小分子构筑纳米异质界面的新策略；获得了可高效催化“氧化-选择性加成-转移氢化”连串反应的双活性中心催化剂，突破了醇类氧化过程中非绿色和效率低的瓶颈，实现了以氧气为氧源无碱条件下醇氧化反应的高效催化，产率高于94%，选择性近100%，相比已报道催化剂具有最优的催化性能，为推进系列大宗化工原料和中间体生产过程的升级转型奠定基础。

(2) 构筑微米尺度交互式网络空间结构助力提升力电双重性能：

提出了跨维度组装多级结构纳米异质界面提升储能材料电子/离子传输效率的新思路；发展了高性能纳米氧化物和纳米碳三维互穿导电网络的跨维度构筑新方法；获得了一系列具有快充性质的关键储能材料，实现单电极6分钟充至满容量的90%以上，电极寿命相比同期国内外的报道提升2-3倍，处于当时顶尖水平，为后续开发秒级及毫秒级快充奠定基础。

(3) 构筑纳米尺度异质界面调控自由电子能量与运动行为：

发展了在二维结构上定向锚定贵金属粒子或功能有机小分子实现纳米尺度层次基元之间吸引与排斥作用的新方法；揭示了异质结构中电子转移和电子-空穴分离的规律；大幅提升了可见光下高活性自由基在异质界面的生成速率，实现了30分钟内99.99%大肠杆菌的快速杀灭，比常规杀菌材料性能提高3个数量级。

MOFs材料创始人和奠基人Omar M. Yaghi教授等国内外同领域专家在Chem. Soc. Rev., J. Am. Chem. Soc, ACS Catal.等期刊上引用或评述了相关研究成果，如“首次利用跨维度构筑方法制备了无机材料的三维互穿结构，导电网络结构的引入在提高电子传输效率的同时有效改善了材料的倍率性能”、“是极少数实现合成N-苄基苯胺的连串反应的研究，且Au@NH2-UiO-66 相比已报道催化剂具有最优的催化性能”。教育部科技发展中

心、Materials Views等科技平台对多级结构材料的设计思想及构筑方法做了专题报道。项目完成人多次受邀担任ICSS, CCEEE, ATPC等国际会议的联合主席或组委会副主席。《Chem. Sci.》、《Top. Curr. Chem.》、《中国科学：化学》、《中国科学：材料》等期刊邀请项目完成人撰写多级结构功能材料构筑研究的综述。培养教育部长江学者1名，国家百千万人才1名，新世纪优秀人才2名。

主要完成人：王戈，贾希来，赵桂霞，董文钧，黄秀兵

主要完成单位：北京科技大学，清华大学，华北电力大学，浙江理工大学

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