根据《教育部办公厅关于提名2022年度高等学校科学研究优秀成果奖(科学技术)的通知》(教科信厅函〔2022]12号)及《2022年度高等学校科学研究优秀成果奖(科学技术)提名工作手册》的要求，福州大学为第1完成单位，申报2022年度高等学校科学研究优秀成果奖(科学技术)项目，项目名称为“金属有机框架材料结构调控及其影响能源存储与转换器件性能的机制”。我校沈德立作为主要完成人参与提名。现将拟提名项目有关情况予以公示，公示期为5天(2022年5月7日至2022年5月12日)。
公示期内，任何单位和个人对公示的项目有异议，可按要求以书面形式实名向科技处提出，并提供必要的证明材料。
联系人：林老师
联系电话：0773-3690051
申报类别：自然科学奖
项目名称：金属有机框架材料结构调控及其影响能源存储与转换器件性能的机制
提名单位：福州大学
项目简介：能源存储与转换器件的性能取决于电极材料的组成和结构以及表界面状态，也是器件性能提升的关键因素，并成为了能源材料及器件领域的研究热点和难点。本申请在科技部863计划和国家自然科学基金的资助下，致力于创新性的研究，设计合成金属有机框架材料(MOF)，并利用其结构可调、表面积大、孔隙率高、孔径分布均匀等显著特点，组装水系超级电容器和新型薄膜太阳电池，以获得高性能的储能器件和光伏电池，并揭示材料性质与电化学/光电性能之间的内在关系，取得了以下原创性的重要科研成果：(1)首次设计合成二维结构层间Ni基MOF材料，并直接作为超级电容器电极，发展了结构可调的高性能电极材料的制备方法，并探究其电化学储能机制。由于MOF材料存在电导率低、空间位阻、与电解液不相容等问题，其组装的超级电容器性能差。针对以上问题，本项目从以下四个方面入手开展研究：i) 改变结构单元之间的连接方式，使MOF材料内部的金属离子本身成为电子传输的通道，从而改善其电导性；ii) 利用MOF材料的大量微孔及其它离子可扩散的通道，使离子能够快速扩散，解决溶剂化离子难以渗透到电极内部的问题，消除空间位阻效应；iii) 根据MOF材料金属离子的特性，设计合理的氧化还原体系，使电解质与MOF材料发生有效的法拉第反应，产生大的赝电容效应，从而提高容量；iv) 通过掺杂Zn离子，增大Ni-MOF材料的层间距，使OH-离子容易嵌脱，从而实现更多电荷存储。作为电极材料在6 M KOH的电解液中，其容量达1620 F/g，即使在3000次循环后，容量保持率也超过91%，是MOF基水系超级电容器中容量最高值，展现出容量大、倍率性能好和循环寿命长的特点。 (2)首次将MOF材料引入新型薄膜太阳电池(染料敏化/钙钛矿)体系中表界面修饰，发展了抑制界面电荷复合的新方法，并探究界面间相互作用及其影响器件光电性能的机制。由于太阳电池界面存在电荷复合，导致器件性能下降。针对这个问题，本项目利用MOF材料在电极材料表面上原位生长厚度可控的MOF薄膜，既可以增加染料吸附量提高短路电流，又能够起能垒作用抑制电荷复合和提升开路电压。同时，MOF修饰层基于界面间相互作用，改善钙钛矿晶粒生长动力学，提高结晶度和晶粒尺寸，减少晶界数量，提高界面处载流子抽取速率和减少电荷累积。作为TiO2电极的修饰层，有效地调节染料敏化太阳电池的开路电压，使光电转换效率提高了14.4%，而引入钙钛矿太阳电池体系，则提高了钙 钛矿晶体质量，使器件的效率提升了15.2%。以上原创性的研究成果发展了提高超级电容器和新型薄膜太阳电池性能的行之有效方法，拓展了MOF材料在能量存储与转换领域中的应用，并阐明了其特性与电化学/光电性能之间的内在关系，为研制出高性能能源材料及器件奠定理论基础。以上研究成果在国内外产生重要影响，尤其是研究思路已被国内外研究机构广泛地采用，并在Chem. Soc. Rev.、Chem. Rev.、Angew. Chem. Int. Ed.、Mater. Today等顶级期刊上被大量引用和大篇幅报道。
主要完成人情况：
排名 | 姓名 | 技术职称 | 工作单位 | 完成单位 | 主要贡献 |
1 | 魏明灯 | 教授 | 福州大学 | 福州大学 | 5篇代表作的通信作者。在MOF材料的合成和结构调控及其对超级电容器件、染料敏化/钙钛矿太阳能 电池性能影响机制的研究方面做出关键贡献。 |
2 | 李亚峰 | 副研究员 | 福州大学 | 福州大学 | 第3和第5篇代表作的第一作者，在利用金属有机框架材料调控染料敏化太阳能电池性能及机理分析方面做出关键贡献。 |
3 | 杨杰 | 讲师 | 新乡学院 | 福州大学 | 第1-2篇代表作的第一作者，在Ni-MOF的结构调控及电化学性能研究方面做出关键贡献。 |
4 | 沈德立 | 讲师 | 广西师范大学 | 福州大学 | 第4篇代表作的第一作者，利用MOFs材料修饰钙钛矿太阳能电池的界面及其作用机制等方面做出关键贡献。 |
主要完成单位：福州大学
代表性论文目录：
1. Jie Yang, Peixun Xiong, Cheng Zheng, Heyuan Qiu, Mingdeng Wei, Metal–organic frameworks: a new promising class of materials for a high performance supercapacitor electrode, J. Mater. Chem. A, 2014, 2, 16640-16644.
2. Jie Yang, Cheng Zheng, Peixun Xiong, Yafeng Li, Mingdeng Wei, Zn-doped Ni-MOF material with a high supercapacitive performance, J. Mater. Chem. A, 2014, 2, 19005-19010.
3. Yafeng Li, Aiying Pang, Changju Wang, Mingdeng Wei, Metal–organic frameworks: promising materials for improving the open circuit voltage of dye-sensitized solar cells, J. Mater. Chem. A, 2011, 21, 17259-17264.
4. Deli Shen, Aiying Pang, Yafeng Li, Jie Dou, Mingdeng Wei, Metal-organic frameworks at interfaces of hybrid perovskite solar cells for enhanced photovoltaic properties, Chem. Commun., 2018, 54, 1253-1256.
5. Yafeng Li, Caiyun Chen, Xun Sun, Jie Dou, Mingdeng Wei, Metal-Organic Frameworks at Interfaces in Dye-Sensitized Solar Cells, ChemSusChem, 2014, 7, 2469-2472.