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2017年国家科学技术奖（自然科学奖）推荐项目公示材料 项目名称 低维功能材料的创制、储能与传感特性研究 推荐（专家）单位 刘中民院士、俞汝勤院士、欧阳晓平院士 推荐（专家）单位意见： 低维功能材料作为一种新型功能材料，在能、传感等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。本研究从低维材料结构与性能的调制入手，系统开展了低维功能材料及其在能、传感等领域研究，取得了一系列原创性的研究成果，研究工作不仅丰富了低维功能材料基础数据，而且为探索开发新型低维功能材料提供了理论依据和技术准备。本项目首次在MOFs材料上复合溢流催化剂，有效提高了MOFs在常温下的储氢容量，为开展MOFs常温储氢性能研究奠定了科学基础。采用纳米材料诱导合成了纳米级的MOFs材料，有效提高了气体的吸附性能，为MOFs复合材料的研究提供了新途径。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，引领了碳纳米生物传感的研究方向。采用金属纳米粒子和氧化物诱导生物分子和电子之间的电子传递，实现的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器提高了新的平台。开展了Al基复合材料在常温下的制氢研究，实现了在常温、快速、高效的Al复合材料制氢，解决了Al基材料常温下水解速度慢，易氧化等难题，为发展高效及实用化的移动氢源用制氢系统提供了技术支持。研究结果和方法得到了国内外著名材料学家的高度评价和众多同行的引用，对该领域的发展做出了重要贡献。 本项目申请人项目完成人作为会议主席主持召开国际化学热力学会议2次；全国化学热力学会议2次，2014年入选英国皇家化学会会士，入选爱思唯尔2014，2015年中国高被引学者榜单。。 推荐该项目为国家自然科学奖 2 等奖。 项目简介： 低维材料作为一种新型功能材料，在能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，这导致了低维材料出现了一系列的特有的现象和性质。此外，由于低维纳米微粒尺寸相当或小于光波波长、德布罗意波长、超导态的相干长或透射深度等，材料周期性的边界条件被破坏，材料的声、光、电、磁、热等特性呈现新的小尺寸效应、表面与界面效应、体积效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等。这些特性使得低维功能材料在能传感领域具有广泛的应用。本研究从低维材料设计、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创制及其在等领域研究，取得了原创性研究成果。本研究工作不仅研制成功新型材料，丰富了低维功能材料基础热力学数据，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：首次在MOFs材料上复合氢溢流催化剂，有效提高了MOFs在常温下的储氢容量，为开展MOFs常温储氢性能研究奠定了科学基础。新型金属有机框架化合物材料具有超高的比表面积、独特的孔道结构，但在储氢方面的应用来说，这类材料并不具有明显的优势，尤其是其苛刻的低温（77K）吸氢条件严重限制了它的实际应用，因此，如何提高其温和条件下的储氢性能就成了亟需解决的问题。本研究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，从而提高了温和条件下的吸放氢水平。（代表作1） 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，引领了碳纳米生物传感的研究方向。Pt 纳米粒子对H2O2 的氧化有明显的催化作用，常用作于生物传感器的敏感材料，但是Pt纳米粒子在基体上很难负载，尤其是在碳纳米管材料上，分散不均匀，导致电极的性能不好。 本研究采用在电沉积的方法，直接在碳纳米管上沉积纳米级的Pt纳米粒子，通过控制沉积电势和沉积时间，得到分散均匀，具有高比表面积的Pt-碳纳米管的复合材料，用于生物传感器的制备，表现出良好的性能。（代表作2） 科学发现三：开展了Al基复合材料在常温下的制氢研究，实现了在常温、快速、高效的Al复合材料制氢，解决了Al基材料常温下水解速度慢，易氧化等难题，为发展高效及实用化的移动氢源用制氢系统提供了技术支持。（代表作） 科学发现四：采用碳纳米材料诱导合成了纳米级的MOFs材料，有效提高了气体的吸附性能，为MOFs复合材料的研究提供了新途径。（代表作4,5） 科学发现五：采用金属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