研究领域

        本课题组主要致力于功能高分子合成、纳米材料功能化改性及应用研究，包括：功能高分子合成及其在锂离子电池领域的应用研究；纳米材料合成、功能化修饰、组装及其在储能领域的应用研究。课题组先后承担了包括国家863项目、国家自然科学基金、上海市科委项目、军工项目和企业产学研项目在内的科研项目20余项，研究经费充裕。发表包括Nat. Commun.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed. Engl.在内的SCI论文80余篇。获国家授权发明专利多项。“高效接枝策略构建纳米生物功能材料”项目获2017年上海市自然科学一等奖。

 

一、功能高分子合成及应用研究

       具有特定结构的功能高分子在许多领域都具有广阔的应用空间，我们致力于制备具有特定结构的功能高分子材料，并研究其在锂离子电池领域的应用。自锂离子电池商业化以来，石墨一直是主流的负极材料，SBR/CMC也一直是主流的负极粘合剂体系。然而，随着市场（尤其是电动汽车行业）对电池能量密度要求的提高，石墨（理论容量372 mAh/g）愈来愈难以满足市场的需求。具有更高能量密度的硅和金属氧化物负极材料日益获得人们的亲睐，然而硅和金属氧化物负极都存在充放电循环体积变化过大的缺陷（通常几倍，石墨只有15%），SBR/CMC体系粘合剂已经难以适应如此大的体积变化，电池容量循环衰减很快，无法满足使用要求。我们课题组致力于开发具有特定结构的功能高分子聚合物，缓解充放电过程硅或金属氧化物负极材料体积变化大所导致的极片结构破坏，有效提高电池的循环性能。

 

二、纳米材料制备及组装行为研究

       纳米颗粒的组装超结构具有不同于单一纳米颗粒或大块材料的独特物理化学性能，具有重要的科学价值和应用潜力。通过对诱导聚合物、配体、反应条件等参数的控制，可以有效控制纳米颗粒的组装行为。例如：通过调节接枝聚合物配体和诱导嵌段共聚物等反应条件，可以得到环状的组装结构。

而通过分子簇诱导，我们可以得到线状的一维纳米颗粒组装体。

 

三、多孔碳材料的制备及应用研究

       在纳米颗粒组装的基础上，采用合适的有机配体或聚合物，通过碳化、刻蚀即可得到多孔碳材料。例如：我们在四氧化三铁三维自组装超晶格的基础上，直接将油酸配体碳化，再将四氧化三铁刻蚀掉即可得到三维有序的多孔碳结构。在这些碳孔中可以填充各种纳米粒子，例如氧化锡等，在锂离子电池方面表现出诱人的应用潜力。

通过在组装过程中加入乳化剂、调节溶剂种类等手段，我们可以得到不同结构的多孔碳材料。例如：球形多孔碳材料和中空球形多孔碳材料。这些材料在锂离子电池方面都表现优异。