嚴(yán)永紅

鄭時(shí)有，博士，上海理工大學(xué)教授，上海市浦江人才、“東方學(xué)者”特聘教授。主要研究領(lǐng)域包括新型儲(chǔ)能材料與器件、先進(jìn)儲(chǔ)氫材料基礎(chǔ)與應(yīng)用、碳基復(fù)合材料開發(fā)與應(yīng)用?，F(xiàn)為全國新材料技術(shù)發(fā)展研究會(huì)常務(wù)理事、英國皇家化學(xué)會(huì)會(huì)員、美國科學(xué)與技術(shù)協(xié)會(huì)會(huì)員、中國化學(xué)會(huì)和中國材料學(xué)會(huì)高級(jí)會(huì)員等；擔(dān)任Nature、Wiley、ACS、RSC、APS和ELS等旗下50多種國際刊物的特約審稿人。

作為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人承擔(dān)有：國家自然科學(xué)基金委面上項(xiàng)目、上海市科委基礎(chǔ)研究重點(diǎn)項(xiàng)目和浦江人才計(jì)劃以及上海市教委東方學(xué)者專項(xiàng)等課題研究；參與了科技部“973”項(xiàng)目、國家“863”項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金、教育部創(chuàng)新基金以及美國商務(wù)部、能源部與自然科學(xué)基金委等多項(xiàng)科研項(xiàng)目。

迄今以第一/通訊作者在ACS Nano， Adv. Energy Mater.， Adv. Funct. Mater.， Chem. Mater.， Sci. Rep.等期刊發(fā)表研究論文近20篇，合作發(fā)表論文30多篇，申請(qǐng)發(fā)明專利10多項(xiàng)，受邀參加國內(nèi)外會(huì)議并做報(bào)告20多次。

專家簡(jiǎn)介：

鄭時(shí)有的人生經(jīng)歷可謂豐富多彩：就讀過四川大學(xué)、浙江大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)；任職于中科院上海硅酸鹽研究所、美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所（NIST）、美國馬里蘭大學(xué)A. James Clark工學(xué)院，也下海創(chuàng)過業(yè)。身經(jīng)百戰(zhàn)，見多識(shí)廣奠定了他今天深厚的理論基礎(chǔ)和豐富的產(chǎn)業(yè)化經(jīng)驗(yàn)。直到2013年底，鄭時(shí)有作為海外優(yōu)秀人才被引進(jìn)回國，加入上海理工大學(xué)，似乎才穩(wěn)定下來。但無論選擇哪條路，他始終都沒離開“新型儲(chǔ)能材料的研發(fā)與工業(yè)化生產(chǎn)”這個(gè)圈子。

為儲(chǔ)氫材料注入新思想

人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展面臨著化石能源日益枯竭和環(huán)境污染不斷加劇的雙重壓力，氫能作為可再生新能源的重要成員，可為解決能源和環(huán)境問題提供解決方案。氫能在宇航研究中具有廣闊的應(yīng)用前景，如火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、氫內(nèi)燃機(jī)等。在民用工業(yè)領(lǐng)域，燃料電池技術(shù)近年來發(fā)展迅速，前景誘人，尤其燃料電池汽車，被認(rèn)為是未來新能源汽車發(fā)展的方向之一。燃料電池是一種將存在于燃料與氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置，與其它電池（如鉛酸蓄電池、鎘鎳蓄電池、鋰離子蓄電池等）相比，燃料電池具有功率密度高、工作溫度低、啟動(dòng)性能好、運(yùn)動(dòng)部件少、安全可靠、污染少和噪音低等諸多優(yōu)點(diǎn)。其最常見的燃料為氫，氧化劑主要為氧氣，反應(yīng)后的產(chǎn)物只有水。氧氣可以直接從空氣中獲得，而氫氣可通過電解水和光解水獲取，以及從汽油、甲醇、乙醇等燃料中提取得到。但氫是一種易燃易爆氣體，因此，安全、高效、低成本的氫儲(chǔ)存技術(shù)是關(guān)鍵。

傳統(tǒng)儲(chǔ)氫方法有兩種，一是利用高壓鋼瓶（氫氣瓶）儲(chǔ)存，但鋼瓶容積小，而且還有爆炸的危險(xiǎn)；二是儲(chǔ)存液態(tài)氫，但液體儲(chǔ)存箱非常龐大，同時(shí)需要極好的絕熱裝置進(jìn)行隔熱。近年來，一種新型簡(jiǎn)便的儲(chǔ)氫方法應(yīng)運(yùn)而生，即利用儲(chǔ)氫合金（金屬氫化物）來儲(chǔ)存氫氣，這是一類能可逆地吸收和釋放氫氣的材料。美國能源部（DOE）將固態(tài)儲(chǔ)氫系統(tǒng)的目標(biāo)定為：質(zhì)量密度為6.5%，體積密度為62kgH2/m3。瞄準(zhǔn)該目標(biāo)，國內(nèi)外展開了大量的研究。

鄭時(shí)有在全面綜述國內(nèi)外儲(chǔ)氫材料研究進(jìn)展的基礎(chǔ)上，最終確定以輕質(zhì)的配位氫化物NaAlH4和鎂基儲(chǔ)氫材料作為研究對(duì)象，進(jìn)而開展相關(guān)研究。一方面，他在NaAlH4中添加不同的催化劑，通過材料分析手段和測(cè)試方法對(duì)材料進(jìn)行表征，就不同的催化體系下NaAlH4的相結(jié)構(gòu)、脫/加氫性能及脫氫反應(yīng)的激活能進(jìn)行了詳細(xì)的研究，同時(shí)還運(yùn)用同步輻射X射線衍射技術(shù)對(duì)含鈦化合物催化的NaAlH4的脫/加氫過程進(jìn)行原位觀察，分析闡述了NaAlH4儲(chǔ)氫容量發(fā)生衰減的原因；另一方面，他率先提出一種空間約束制備納米NaAlH4儲(chǔ)氫材料的新方法，對(duì)空間限域體系中的NaAlH4的相結(jié)構(gòu)和儲(chǔ)氫性能進(jìn)行了系統(tǒng)的研究；他還基于MgH2、Mg2NiH4與NaAlH4在化學(xué)鍵性質(zhì)上具有相似性，探索了含鈦催化劑對(duì)鎂基儲(chǔ)氫材料的相結(jié)構(gòu)和儲(chǔ)氫性能的影響，并利用X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)譜學(xué)技術(shù)對(duì)Ti原子K吸收邊的吸收光譜進(jìn)行分析。

“空間約束體系的構(gòu)建不僅為制備納米氫化物發(fā)展了一種新方法，而且為其他功能材料性能的改善提供了一種有效的技術(shù)途徑”，鄭時(shí)有說道。據(jù)悉，研究成果在Chem. Mater.上一經(jīng)發(fā)表，就受到了國內(nèi)外研究者的廣泛關(guān)注，先后被Nature、Chem. Rev.、Adv. Mater.、Nano Lett.、Phys. Rev. Lett.、ACS Nano、Energy Environ. Sci.和JACS等高影響刊物多次引用，目前被引用達(dá)100多次。

在技術(shù)方面，鄭時(shí)有運(yùn)用并發(fā)展TEM、SEM、XRD、FTIR、Raman和原位電化學(xué)等聯(lián)合手段對(duì)儲(chǔ)能材料體系進(jìn)行高精度的綜合分析，相關(guān)研究成果分別發(fā)表于J. Phys. Chem. C、ACS Appl. Mater. & Interfaces和Dalton Trans等。這種先進(jìn)的材料表征技術(shù)同樣可拓展到對(duì)其他功能材料體系的分析和研究。

更新?lián)Q代鋰—硫電池

如果說儲(chǔ)氫材料可解決氫能利用中氫氣存儲(chǔ)和輸運(yùn)的安全問題，那“鋰—硫電池”則有望解決傳統(tǒng)鋰離子電池受能量密度限制而無法滿足社會(huì)發(fā)展的需求。鋰—硫電池是一種新型的高能二次電池體系，以堿金屬鋰作為負(fù)極、單質(zhì)硫或硫基復(fù)合材料作為正極。它的優(yōu)勢(shì)在于，正極硫的理論容量是傳統(tǒng)鋰離子電池的7倍多，且具有價(jià)格低廉、產(chǎn)量豐富、環(huán)境友好和安全性能好等優(yōu)點(diǎn)，能很好地滿足未來動(dòng)力電池的需要。

然而在實(shí)際應(yīng)用中，鋰—硫電池存在著不少問題，比如硫的電導(dǎo)率低、放電過程中多硫化物溶解、充電過程中硫電極體積膨脹等，這些問題導(dǎo)致硫正極循環(huán)壽命短、容量衰減快以及能量效率低，從而限制了電池的實(shí)際應(yīng)用。

針對(duì)鋰—硫電池存在的關(guān)鍵技術(shù)問題，鄭時(shí)有利用納米碳材料在結(jié)構(gòu)和性能上的優(yōu)勢(shì)，在微觀尺度上構(gòu)筑出新穎的碳硫復(fù)合電極材料，發(fā)展出一種高溫真空法制備與傳統(tǒng)鋰離子電池電解液兼容的高穩(wěn)定鋰—硫電池正極材料。研究成果在Nature旗下新期刊Scientific Reports和Adv. Energy Mater.上發(fā)表，審稿人評(píng)價(jià)道，“這為發(fā)展高比能量和低成本的新一代鋰離子電池提供了方向，具有極大的應(yīng)用前景”，且被選為封底文章特別報(bào)道。另外，他還首次提出利用金屬納米顆粒輔助穩(wěn)定硫來制備“三維混合導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)”結(jié)構(gòu)碳基復(fù)合硫電極材料的策略，以提高正極活性物質(zhì)硫的含量。鄭時(shí)有介紹，這種新穎的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為穩(wěn)定硫和提高新型高容量二次電池硫正極材料的電化學(xué)性能提供了一種新的思路。

眾所周知，“鋰”的化學(xué)性質(zhì)很活潑，遇到水會(huì)產(chǎn)生氫氣，爆炸起火。為解決高能鋰—硫電池中因使用金屬鋰作為負(fù)極可能導(dǎo)致的安全問題，鄭時(shí)有就此提出：先做好硫電極，再在硫的電極上進(jìn)行原位鋰化反應(yīng)，從而產(chǎn)生硫化鋰電極。這樣負(fù)極就可以避免使用“不安全”的鋰，而改用石墨、氧化錫、硅等性能穩(wěn)定或高能量的材料，“這種新型的鋰—硫電池正極材料制備方法可以滿足現(xiàn)有鋰離子電池生產(chǎn)的需求，并且有望在高能鋰—硫電池產(chǎn)業(yè)化上得到應(yīng)用”。部分研究成果于2013年12月發(fā)表在ACS Nano上，引起國內(nèi)外研究者的極大關(guān)注。同時(shí)，已與國際知名電池企業(yè)公司開展相關(guān)技術(shù)合作，正往產(chǎn)業(yè)化方向推進(jìn)。

郭沫若曾說：科學(xué)也需要?jiǎng)?chuàng)造，需要幻想，有幻想才能打破傳統(tǒng)的束縛，才能發(fā)展科學(xué)。鄭時(shí)有就是這種勇于創(chuàng)造的人——在新型儲(chǔ)能材料的科研道路上不斷推陳出新，研發(fā)出一種有別傳統(tǒng)、滿足社會(huì)需求的優(yōu)質(zhì)新型材料。鄭時(shí)有堅(jiān)信：一份付出總會(huì)有一份收獲。期待未來，他會(huì)繼續(xù)革故鼎新，為科學(xué)的發(fā)展注入無限活力和諸多新鮮元素……