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新能源轉換和儲存技術是當今世界解決目前化石能源危機和環境污染問題的核心途徑。廉價的電解水產氫催化劑和高容量的儲能材料成為大規模推廣此類新能源技術的關鍵。對于電解水產氫而言，貴金屬鉑基催化劑的產氫活性最好，但其資源有限，無法推廣使用。相比而言，非貴金屬鉬基材料以其特殊的理化性質表現出優異的分解水制氫活性，但存在導電性低及材料團聚問題，這導致材料活性位點暴露少和穩定性差等問題。為了解決這些挑戰性問題，近日，北京大學工學院研發團隊提出了一種具有強耦合作用鉬基金屬雜化材料的制備新策略提升電催化產氫性能，并發現強耦合材料對于儲鈉展現了優異的容量、倍率和穩定性。

項目成果/簡介:福州大學至誠學院孫磊教授為第一作者、物信學院陳恩果副教授為通訊作者、郭太良研究員為第三作者，在材料工程領域國際權威期刊《陶瓷國際》（英文刊名：《Ceramics International》）上發表的題為“Al2O3過渡層優化對ZnO量子點與CuO納米線復合結構的場發射增強作用”（英文題為“Field emission enhancement of composite structure of ZnO quantum dots and CuO nanowires by Al2O3 transition layer optimization”）的論文。 本論文研究ZnO QDs 與傳統一維氧化物CuO納米線（CuO NWs）異質結構，以一維氧化物納米棒為基體為 ZnO QDs 提供良好的定向電荷傳輸，同時 ZnO QDs 的表面改性又能改善基體的場發射性能，提出了詳細的電勢疊加效應和形成機制。鑒于 ZnO QDs 在 CuO NWs 表面呈現孤島狀分布且生長密度低，通過表面改性工程利用原子層沉積(ALD)工藝先在 CuO NWs 基體上沉積 Al2O3 薄膜，均勻的 Al2O3 薄膜為 ZnO QDs 的生長提供了良好的成核表面，同時可以降低基體表面的電子勢壘高度。這種金屬氧化物異質結構在很多應用中都具有重要的意義，特別是由于表面積大大增加，異質結密度提高，具有固有光捕獲效應等優點。研究成果為改善單一納米材料器件的場發射性能提供了有效途徑，也為制備新型結構的場發射器件奠定理論基礎。

福州大學至誠學院孫磊教授為第一作者、物信學院陳恩果副教授為通訊作者、郭太良研究員為第三作者，在材料工程領域國際權威期刊《陶瓷國際》（英文刊名：《Ceramics International》）上發表的題為“Al2O3過渡層優化對ZnO量子點與CuO納米線復合結構的場發射增強作用”（英文題為“Field emission enhancement of composite structure of ZnO quantum dots and CuO nanowires by Al2O3 transition layer optimization”）的論文。 本論文研究ZnO QDs 與傳統一維氧化物CuO納米線（CuO NWs）異質結構，以一維氧化物納米棒為基體為 ZnO QDs 提供良好的定向電荷傳輸，同時 ZnO QDs 的表面改性又能改善基體的場發射性能，提出了詳細的電勢疊加效應和形成機制。鑒于 ZnO QDs 在 CuO NWs 表面呈現孤島狀分布且生長密度低，通過表面改性工程利用原子層沉積(ALD)工藝先在 CuO NWs 基體上沉積 Al2O3 薄膜，均勻的 Al2O3 薄膜為 ZnO QDs 的生長提供了良好的成核表面，同時可以降低基體表面的電子勢壘高度。這種金屬氧化物異質結構在很多應用中都具有重要的意義，特別是由于表面積大大增加，異質結密度提高，具有固有光捕獲效應等優點。研究成果為改善單一納米材料器件的場發射性能提供了有效途徑，也為制備新型結構的場發射器件奠定理論基礎。

先進聚合物材料研究所建于1999年10月18日。研究所以黃培教授為技術帶頭人，擁有一批高水平的科研隊伍，參與研究工作的教授、博士及研究生二十余人，研究所的主要特點是產、學、研相結合，在基礎性研究、應用研究、高新技術產業化等不同層次上開展科研工作。先后參加國家"863"項目、國家科委"九五"攻關項目的研究工作，承擔完成國家自然科學基金重點項目、**和化工應用課題多項。研究所主要突出以單體合成、聚合、復合材料、結晶等具有明顯優勢的學科領域的綜合集成開展研究工作。目前主要研究對象主要為以聚酰亞胺為代表的一系列功能高分子材料。聚酰亞胺（PI）是指分子主鏈中含有酰亞胺基的一類高分子聚合物。近年來聚酰亞胺以其優異的機械性能、電性能、耐輻射性能和耐熱性能越來越受到人們的重視，它在航空航天、電氣、通訊和汽車等行業得到廣泛的應用。然而熱固性聚酰亞胺不溶解、不熔融，加工成型困難，限制了其應用范圍，因此合成熱塑性的PI，進一步制備聚酰亞胺復合材料，擴大應用面是當前聚酰亞胺研究和開發的主要趨勢。熱塑性聚酰亞胺（TPI）作為一種高性能工程塑料，不僅具有優異的耐熱、力學、介電、耐腐蝕及抗輻射等性能，還表現出卓越的熱加工特性，可采用熱模壓、擠出和注射方法成型。在特定場合下為一種替代金屬、陶瓷、熱固性樹脂、低溫熱塑性塑料和大多數難加工聚酰亞胺的理想材料。聚酰亞胺的單體合成是以苯酐為基礎原料，通過酰基化、硝化、縮合、水解酸化、脫水等一系列步驟得到二胺，該合成路線原料來源充足，工藝簡單，產物純凈，產率高，易于純化，三廢少，具有很好的工業化價值。聚酰亞胺的聚合是以二酐和二胺通過溶液聚合，再分別通過化學環化或熱環化得到聚酰亞胺樹脂。聚酰亞胺樹脂與碳纖維、玻璃纖維、聚四氟乙烯、石墨等復合，可顯著提高材料的力學強度和自潤滑耐磨等性能。研究所以自主研發高性能熱塑性聚酰亞胺及其復合材料作為研究對象，系統考察復合材料摩擦磨損性能，重點研究各種填料改性材料在不同工況體條件摩擦磨損行為，深入了解填料對其摩擦性能影響機理，從而達到材料摩擦性能設計的長期目標。利用有限元技術建立過程物理及數學模型，對滑動摩擦過程中的溫度分布進行模擬計算，取得了較好的模擬結果。通過摩擦表面微觀形貌觀察，可了解摩擦磨損機理。前期的研究結果已運用于滑片式壓縮機的滑片、汽車發動機活塞環等產品形式，為應用提供指導。研究所擁有一批先進的分析測試儀器：熱機械分析儀、差示掃描量熱儀、高效液相色譜儀、凝膠色譜、紅外分析儀、微機控制電子萬能試驗機、摩擦磨損試驗機，可對合成的單體、聚合物、復合材料進行全面的性能測試。

非線性光學開關材料是非線性光學材料的一個重要分支，指的是在某種外界條件（如：光、熱、化學環境變化等）變化下，能夠在非線性光學 “開”、“關”兩種狀態間切換的物質。先前的大多數研究主要集中于液態材料，但其易失諧以及不穩定等特點，使得液態開關材料難以獲得實際應用。而固態非線性開關材料具備非線性性質優良、性能穩定、易于調控等優勢；但是目前具備固態非線性開關特性的材料卻還很匱乏，這是因為其不僅要求其結構構筑基元是強響應非線性活性基團，而且環境變化下具備基元間對稱性的可逆重排特性。目前，已經報道的固態非線性開關材料在狀態間切換依賴于材料本身的相變溫度Tc，正因如此，已報道材料只能在一個固定溫度點下使用，這嚴重限制了固態非線性材料在溫度響應方面的應用。 2018年吳立明課題組從理論上預測具不對稱性的單氟磷酸根PO3F2-有望成為新的DUV NLO功能基團，并提出氟磷酸鹽可作為深紫外非線性光學材料；進而通過實驗合成獲得(NH4)2PO3F，NaNH4PO3F?H2O，(C(NH2)3)2PO3F等新型單氟磷酸鹽深紫外非線性光學材料，并對其非線性光學性能進行了系統研究。（Chem. Mater. 2018, 30, 7823-7830.）。對其中非線性晶體材料(NH4)2PO3F相變特性深入研究發現：該化合物可在溫度變化下發生低溫相（P21/n、無非線性信號）和高溫相（Pna21、有非線性信號）的相互轉變。通過單晶結構表征分析證實，該相轉變需要克服氫鍵網絡重排的能壘。基于此，該工作提出，如果能調控(NH4)2PO3F中的氫鍵結構，有望實現對該化合物相變能壘和相變溫度的調控。據此，該工作利用K+與NH4+的半徑相似但不存在氫鍵環境的特點，設計合成了一系列化合物Kx(NH4)2-xPO3F (x = 0.0 – 2.0)。研究表明，隨著K+含量x的增加，由于Kx(NH4)2-xPO3F結構中氫鍵網絡不斷被削弱，發生相轉變所需克服的能壘也逐步降低，在材料性能上則表現為非線性開關激發溫度Tc的不斷降低。因此，通過調控材料中K+離子的含量，固態非線性開關材料Kx(NH4)2-xPO3F (x = 0 – 0.3)可實現激發溫度Tc在270–150 K大溫度范圍內的連續可調。這是首次實現對固態非線性開關材料激發溫度的調控，并且根據K+離子含量的控制，可實現在120攝氏度范圍內的寬溫度連續可調。通過理論計算高溫相與低溫相的自由能證實當K+含量高于30%時，由于氫鍵結構的過度削弱，該相轉變消失，這與實驗結果相符。該工作系統深入地探究了內部微觀結構與宏觀非線性光學開關性質之間的內在機制，不僅打破了傳統非線性開關局限在特定溫度的壁壘，而且為今后研究氫鍵機制作用下調控宏觀性質提供了有益的參考。

非線性光學開關材料是非線性光學材料的一個重要分支，指的是在某種外界條件（如：光、熱、化學環境變化等）變化下，能夠在非線性光學 “開”、“關”兩種狀態間切換的物質。先前的大多數研究主要集中于液態材料，但其易失諧以及不穩定等特點，使得液態開關材料難以獲得實際應用。而固態非線性開關材料具備非線性性質優良、性能穩定、易于調控等優勢；但是目前具備固態非線性開關特性的材料卻還很匱乏，這是因為其不僅要求其結構構筑基元是強響應非線性活性基團，而且環境變化下具備基元間對稱性的可逆重排特性。目前，已經報道的固態非線性開關材料在狀態間切換依賴于材料本身的相變溫度Tc，正因如此，已報道材料只能在一個固定溫度點下使用，這嚴重限制了固態非線性材料在溫度響應方面的應用。 2018年吳立明課題組從理論上預測具不對稱性的單氟磷酸根PO3F2-有望成為新的DUV NLO功能基團，并提出氟磷酸鹽可作為深紫外非線性光學材料；進而通過實驗合成獲得(NH4)2PO3F，NaNH4PO3F?H2O，(C(NH2)3)2PO3F等新型單氟磷酸鹽深紫外非線性光學材料，并對其非線性光學性能進行了系統研究。（Chem. Mater. 2018, 30, 7823-7830.）。對其中非線性晶體材料(NH4)2PO3F相變特性深入研究發現：該化合物可在溫度變化下發生低溫相（P21/n、無非線性信號）和高溫相（Pna21、有非線性信號）的相互轉變。通過單晶結構表征分析證實，該相轉變需要克服氫鍵網絡重排的能壘。基于此，該工作提出，如果能調控(NH4)2PO3F中的氫鍵結構，有望實現對該化合物相變能壘和相變溫度的調控。據此，該工作利用K+與NH4+的半徑相似但不存在氫鍵環境的特點，設計合成了一系列化合物Kx(NH4)2-xPO3F (x = 0.0 – 2.0)。研究表明，隨著K+含量x的增加，由于Kx(NH4)2-xPO3F結構中氫鍵網絡不斷被削弱，發生相轉變所需克服的能壘也逐步降低，在材料性能上則表現為非線性開關激發溫度Tc的不斷降低。因此，通過調控材料中K+離子的含量，固態非線性開關材料Kx(NH4)2-xPO3F (x = 0 – 0.3)可實現激發溫度Tc在270–150 K大溫度范圍內的連續可調。這是首次實現對固態非線性開關材料激發溫度的調控，并且根據K+離子含量的控制，可實現在120攝氏度范圍內的寬溫度連續可調。通過理論計算高溫相與低溫相的自由能證實當K+含量高于30%時，由于氫鍵結構的過度削弱，該相轉變消失，這與實驗結果相符。該工作系統深入地探究了內部微觀結構與宏觀非線性光學開關性質之間的內在機制，不僅打破了傳統非線性開關局限在特定溫度的壁壘，而且為今后研究氫鍵機制作用下調控宏觀性質提供了有益的參考。

李源和合作者所關注的材料是Cu3TeO6，在這個材料中，每個原胞內有12個具有磁性的Cu2+離子。在61K以下，Cu3TeO6成為反鐵磁體，原胞中6個Cu2+離子磁矩方向大致平行，而另外6個Cu2+離子與它們反向。利用線性自旋波理論，李源和合作者發現，Cu3TeO6中的自旋波具有線性的能帶交疊，而進一步的分析表明這種能帶交疊具有拓撲性質：具有純數形式的拓撲電荷，它們不依賴于模型的細節，而只和體系的對稱性有關。李源和合作者證明了，只要材料中具有PT對稱性（時間反演和空間反演），那么，自旋波的線性能帶交疊總是存在。如果同時也存在整體的自旋旋轉對稱性U(1)，這種拓撲能帶交疊具有狄拉克點的形式（圖1a），而將U(1)對稱性移除，則狄拉克點將拓展為結線（圖1b）。狄拉克點和結線都是在特定材料新預言的拓撲能帶交疊類型。Cu3TeO6具有很高的晶體對稱性（第206號空間群，圖1c）,由此保證了在U(1)對稱性存在的前提下，布里淵區P點位置的自旋波總是狄拉克點。圖1：（a）基于J1-J2模型的自旋波色散（b）布里淵區以及布里淵區中的狄拉克點，同時展示了U(1)對稱性移除后狄拉克點演化為結線的過程（c）材料中Cu2+離子J1-J2交換網絡。 為了在實驗上研究上述自旋波的拓撲能帶，李源和合作者又對Cu3TeO6晶體陣列樣品進行了非彈性中子散射實驗。在實驗中，李源和合作者觀測到了四維空間中清晰的自旋波信號。為了將實驗結果和理論計算進行對照，李源和合作者在模擬材料中磁交換作用方面做了大量工作，他們認為：Cu2+離子之間最主要的磁交換作用是最近鄰和第九近鄰的交換作用，前者由于距離最近，后者由于離子之間相對筆直的交換路徑。從圖2a和b可以看到實驗和計算結果符合得相當好：數據不僅表明在布里淵區的P點存在狄拉克錐型的色散（圖2c），而且散射信號的強度與計算也幾乎是一致的（圖2d和e）。散射信號的強度反映了動力學結構因子S(Q,w)，其中包含了自旋波波函數的重要信息，所以實驗和理論的一致性可以認為是材料中自旋波拓撲屬性的直接驗證。圖2：（a和b）沿著圖1（b）高對稱路徑的實驗和計算的自旋波信號強度圖，布里淵區中心是(1, 1, 2)（c）布里淵區P點的狄拉克錐型色散（d和e）a和b虛線框中自旋波的細節，虛線包絡表明了P點的狄拉克錐型色散。

利用具有自主知識產權的專利氧化鋅晶須（簡寫為ZnOw）技術，進行軍民納米隱身功能復合材料的開發，研制一種吸收頻帶寬、重量輕、厚度薄、吸收率高、物理和化學性能好、室外施工、常溫固化、使用維修簡便、采購和維修費用低等實用性較強的陷身材料，并在適當裝備上實測驗證其隱身效果。根據國防部門要求，參照國防標準本項目的主要技術經濟術指標為：1）隱身值：3mm波段，優于—10dB(隱身值90%以上        8mm波段，優于—5dB(隱身值75%)以上8cm波段，優于—5dB(隱身值75%)以上2）附著力： ≥ 7Mpa3)沖出強度≥50kg.cm4)面密度：≤1.7kg/m2