（1）中科院研制成功一种具有高能量/高功率电化学储能密度的新型多孔炭材料

中科院先进炭材料研究部成会明研究员、李峰副研究员和博士研究生王大伟等与澳大利亚昆士兰大学逯高清教授合作，在国家自然科学基金委的支持下，设计并制备出一种局域石墨化三维层次多孔结构的新型多孔炭材料（Hierarchical Porous Graphitic Carbon, HPGC）。该材料在高倍率条件下同时具有很高的能量密度和功率密度，可用作超级电容器的电极材料，相关论文在Angewandte Chemie International Edition（47，373-376，2008）上发表。

开发在高倍率条件下具有高能量/高功率密度的多孔炭材料是能源用炭材料领域的主导研究方向之一。基于该类材料的储能器件——超级电容器，与混合动力汽车和电动汽车的发展密切相关。然而，目前报道的多孔炭材料的能量密度和功率密度在高倍率条件下通常迅速衰减，很难满足电动汽车等对超级电容器高能量/高功率密度的迫切需求。

该研究组研究了在多孔炭电极中发生的基本电化学过程（J. Phys. Chem. B 2006, 110, 8570-8575），发现多孔电极的电荷存储能力由多孔结构的离子传输性能（受孔的尺寸、形状及取向等因素影响）、多孔炭的电子导电性以及电解液性质和电解液与炭材料之间的物理化学相互作用等因素所决定。据此他们提出将不同尺度孔（大孔－中孔－微孔）以三维网络形式组装，同时尽可能获得局域石墨片层结构的电极材料设计思想。其设计原理是：局域石墨化三维层次多孔结构（HPGC结构）可充分利用大孔结构作为准体相的电解液储存池以缩短离子扩散距离，中孔结构提供快速的离子输运通道，大孔－中孔协同作用可实现电解液离子在多孔炭电极中的准体相快速扩散行为；微孔的高静电吸附容量赋予优异的电化学储能活性；局域石墨片层则能够提高材料本体的电子导电性。HPGC结构可有效增加离子可利用的电化学活性表面积和电化学活性，并显著降低大电流导致的电位极化，从而获得在高倍率条件下高能量/高功率密度的电化学能量存储与转换能力。

HPGC结构的诸多特点，使其制备十分困难。为此科研人员提出了采用液相无机模板方法，制备出具有上述大孔－中孔－微孔三维层次孔结构和局域石墨片层结构的HPGC材料。实验结果证明，HPGC材料比活性炭和有序介孔炭材料具有更加优异的高倍率电化学能量存储与转换能力。优异的高倍率储能性能在水系和有机系电解液中均能实现，该性能超过美国提出的PNGV（(the Partnership for a New Generation of Vehicle）功率指标。如果进一步提高电解液的工作电压，在保持优于PNGV功率密度指标的同时，还可望实现更高的能量密度。这些结果表明局域石墨化三维层次多孔结构炭材料有望成为电动汽车超级电容器用优良的电极材料。

此外，上述液相无机模板方法还是一种普适的多孔材料合成方法。通过调节模板材料的物理化学性质，能够获得具有不同结构和理化性质如带磁性的层次孔炭材料及炭基复合材料，这些材料在磁性分离、催化等清洁能源与环境保护领域有着广阔的应用前景。

（2）新型除微生物净水材料研究获重要进展

最近，我室尚建库研究组与美国伊利诺大学合作研制出新型除微生物净水材料。该材料在可见光或日光驱动下，生成大量氧化能力极强的氢氧自由基，迅速破坏细胞壁，杀死水中各种微生物，达到光化杀菌的目的。他们发现，微量氧化钯纳米离子的加入可以有效地控制半导体表面光电子的传输，不仅能大幅度提高光照下的杀微生物速度，也同时诱发催化记忆效应，致使光照熄灭长达20小时后，该材料仍具有明显的杀微生物能力，实现黑暗无光条件下的光化杀菌。催化记忆效应的发现，打破了传统光化杀菌技术受光照要求的根本约束，拓宽了光化杀菌技术的应用范围，使利用自然光昼夜连续杀菌成为可能，有望大幅度降低净水能耗。有关研究结果发表于2010年2月14日出版的材料化学杂志(Journal of Materials Chemistry)。黑暗无光条件下光化杀菌的实现，在国际上引起了很大的反响，吸引了70多家国际科技新闻组织报道。

（3）我国在石墨烯研究方面取得系列进展

石墨烯（graphene）是由单层碳原子紧密堆积成二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料，是构建其它维度碳质材料（如零维富勒烯、一维碳纳米管、三维石墨）的基本单元。石墨烯具有优异的电学、热学和力学性能，可望在高性能纳电子器件、复合材料、场发射材料、气体传感器及能量存储等领域获得广泛应用。由于其独特的二维结构和优异的晶体学质量，石墨烯蕴含了丰富而新奇的物理现象，为量子电动力学现象的研究提供了理想的平台，具有重要的理论研究价值。因此，石墨烯迅速成为材料科学和凝聚态物理领域近年来的研究热点。最近中科院先进炭材料研究部成会明、任文才带领研究生在石墨烯的控制制备、结构表征与物性的研究方面取得了一系列新的进展，主要包括：（1）可控制备出高质量石墨烯，采用氢电弧方法制备。较普通快速加热方法，采用氢电弧方法制备的石墨烯的抗氧化温度提高了近100°C，导电率提高了近2个数量级，可达2×103S/cm（ACS Nano 3 (2009) 411-417）。（2）提出了表征石墨烯结构的新方法，他们在反射率计算的基础上，引入色度学空间概念，提出了快速、准确、无损表征石墨烯层数的总色差方法，解释了只有在特定基底上石墨烯可见的原因，并利用该方法对基底和光源进行了优化，提出并实验证实了更利于石墨烯光学表征的基底和光源，提高了光学表征的精度，为石墨烯层数的快速准确表征、控制制备及物性研究奠定了基础。（3）开展了石墨烯的应用探索。研究表明，石墨烯薄膜具有与碳纳米管薄膜相比拟的场发射特性：低的开启电场和阈值、良好的场发射稳定性和均匀性，展示了石墨烯在平板显示等方面的应用前景。他们还结合石墨烯纸易于制备且具有良好力学性能的特点，正全力拓展其应用空间。

（4）一种用于制备织构型陶瓷的铌酸盐模板材料及制备方法

该材料化学式为NaNbO3，具有规则的片状结构形貌，在(001)晶面族方向择优生长。其制法是：以纯净Bi2.5Na3.5Nb5O18和纯度大于99％的Na2CO3为原料，按Bi2.5Na3.5Nb5O18∶Na2CO3＝1∶1.0～2.0化学比配料；搅拌6～12小时后，加入助熔剂NaCl或KCl或NaF或KF或其中任意两种或三种的组合，助熔剂与原料总质量比为0.5～2.0∶1，然后再混合搅拌6～12小时，混合搅拌介质为无水乙醇；二次搅拌后的物料在70℃～80℃下空气中干燥；在900℃～1150℃下热处理3～8小时，再用热去离子水反复洗涤到检测不到氯离子；将清洗了的粉料分离后，经过干燥即得用作模板晶粒生长法和反应模板晶粒生长法制备织构陶瓷的铌酸盐模板材料。专利申请号为：200510018420.3。

（5）储能介质陶瓷及其制备方法

该陶瓷化学组成是SrO-Bi2O3-TiO2，其摩尔比例为：1∶x∶y，其中x＝0.02~0.15，y＝1.02~1.12，并掺杂有纯度大于99％的掺有ZnO、MgO和ZrO2。其制备方法为：以纯度大于99％的SrCO3、Bi2O3和TiO2为起始原料，SrO∶Bi2O3∶TiO2＝1∶x∶y化学比配料，其中x＝0.02~0.15，y＝1.02~1.12，在球磨机中加入去离子水研磨11-13小时后烘干，在800~1200℃保温3-5小时预烧；再加入纯度大于99％的ZnO、MgO和ZrO2，在球磨机中加入去离子水中研磨混合，空气气氛下烘干；烘干后的物料加入浓度为0.5~2.0wt％的聚乙烯醇水溶液造粒，压制成型，烧结，制得储能介质陶瓷。获得的储能介质陶瓷具有高介电常数、低损耗、较高击穿强度。专利申请号为200410061202.3。