中国科学院化学研究所工程塑料实验室尤伟

mihu

尤伟，男，1989年生，中国科学院化学研究所研究员。2011年于清华大学获得理学学士学位；2016年于美国印第安纳大学布鲁明顿分校获得理学博士学位，导师为M. Kevin Brown教授。2016~2019年于美国康奈尔大学从事博士后研究，导师为Geoffrey W. Coates教授。2019年11月起，于中国科学院化学研究所工程塑料实验室任项目研究员、课题组长，主要从事新型碱性阴离子交换隔膜的设计与合成，对有机化学、高分子化学与电化学的前沿交叉领域进行探究。

尤伟  项目研究员
工程塑料重点实验室
地址：北京市海淀区中关村北一街2号 中国科学院化学研究所
邮编：100190
办公室：3-608
Tel: +86-10-62529194
Email: weiyou@iccas.ac.cn

教育背景
2011-2016理学博士，印第安纳大学(IndianaUniversity,Bloomington)，美国印第安纳州
有机化学专业，导师：Prof.M.KevinBrown
2007-2011理学学士，清华大学，中国北京
化学生物学专业，导师：席婵娟教授
科研经历
11/2019-今项目研究员(PrincipalInvestigator)，中科院化学所
•新型离子交换隔膜的设计与合成
06/2016-10/2019博士后研究员(PostdoctoralAssociate)，美国康奈尔大学
导师：Prof.GeoffreyW.Coates
•通过开环移位聚合（ROMP）合成用于碱性燃料电池的阴离子交换膜
08/2011-05/2016研究助理(ResearchAssistant)，美国印第安纳大学
导师：Prof.M.KevinBrown
•开发铜催化的简单烯烃的不对称双碳官能化反应与交叉偶联反应
07/2010-08/2010访问学者(VisitingScholar)，美国印第安纳大学
导师：Prof.DavidL.Daleke
•研究磷脂酰苏氨酸的合成与转运
08/2008-06/2011本科研究(UndergraduateThesisResearch)，清华大学
导师：席婵娟教授
•有机金属锆化合物的应用及多取代噻吩衍生物的合成

研究领域
研究方向简介
高分子固态电解质是非常重要的能源材料，经常被应用于电能与化学能的相互转化，是多种能源设备中不可或缺的一部分，包括燃料电池、电解池、电渗析、离子电池、液流电池、超级电容等。这类材料本身无法传输电子，但其中有自由移动的离子，使它们可以实现对阳离子或者阴离子的选择性运输。固态电解质这种特殊的电化学性质使它们成为了多种新型电化学设备中的核心技术，同时固态电解质还可简化组装、避免泄漏、降低成本、提高安全性能等。
然而以上的诸多设备对于离子交换隔膜有不一样的要求，因此我们需要根据它们的应用对离子交换隔膜的结构从根本上进行调整。本课题组的目标是对有机化学、高分子化学、与电化学的前沿交叉领域进行探究，以有机合成为手段，制备结构新颖的高分子材料，用于高效、清洁的能源转化。我们将依托中国科学院化学研究所的平台，结合工程塑料重点实验室的背景与成果，将高分子化学与有机化学、电化学紧密融合在一起。

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随着人们对生活环境的保护和对可持续发展的需求与日俱增，对于能够实现清洁、高效、廉价能源转化的碱性隔膜燃料电池、电解水、液流电池等设备的研究也日益深入。相比较于酸性条件的设备（如基于质子交换隔膜的燃料电池等），碱性体系的主要优势包括：(1) 碱性环境比酸性更有利于氧气还原反应；(2) 可以使用价格低廉的非贵金属作为电极催化剂；(3) 当以高分子隔膜分离阴阳极时可以简化设备的封装且不会形成碳酸盐沉淀。因此阴离子交换膜(AEM)作为一种由高分子骨架与共价连接的阳离子组成的固态电解质，可以选择性地传输氢氧根等阴离子，是以上设备中的核心部件，而AEM的离子导电性和碱性稳定性直接关系着设备的能量转化效率和耐久性。具有聚乙烯骨架的阴离子交换膜(PE-AEM)由于其化学稳定性突出、阳离子兼容性好、机械性能柔韧等优点，近些年来受到了广泛的关注。
基于上述研究背景和中国科学院化学研究所尤伟研究员课题组的研究基础，此专论归纳了PE-AEM的合成策略，包括聚合氢化法、直接共聚法和后修饰接枝法（图1），在其中着重介绍环辛烯开环易位聚合(ROMP)后还原方法的发展历程，比较不同制备路线的优缺点，总结产物的化学结构和性能的关系，并且对PE-AEM的前景进行了展望。

图1. PE-AEM的合成策略总结

       聚合氢化法主要可以分为两大类。其中一类常使用环辛烯及其阳离子衍生物作为单体，通过ROMP共聚的方法合成带有阳离子官能团且主链上含有双键的聚烯烃类化合物，后经加氢还原之后即可制得阳离子修饰的聚乙烯用作PE-AEM。目前已经用此方法成功制备出季胺阳离子、季膦阳离子、咪唑阳离子、二茂钴阳离子等修饰的碱性稳定的氢氧根阴离子交换隔膜（图2）。这种方法具备聚合物结构清晰，官能团种类、数量、分布可控，碱性稳定性优异等特点；然而聚合和还原过程中所需要的贵金属催化剂和较为复杂的单体合成路线是限制这一方法的主要因素。另一类聚合氢化法主要应用苯乙烯与1,3-丁二烯的嵌段共聚物为基础，通过聚合后修饰的方法还原双键并引入阳离子官能团。这种方法的优点是聚合物易得且多为嵌段共聚物，可以调控聚合物的微相分离从而获得更高的离子导电性，但是需要谨慎的结构设计以保证聚合物的碱性稳定性。

图2. 此前用于ROMP聚合还原法制备PE-AEM的环辛烯阳离子衍生物单体

       此外，直接共聚法和后修饰接枝法可以省去还原的步骤直接制得PE-AEM。前者使用乙烯与带有极性官能团的端烯单体共聚，之后通过官能团转化形成阳离子；而后者直接使用辐射接枝的方法将官能团嵌入商品化的聚乙烯薄膜之中。随着相关领域的快速发展以及相较于聚合氢化法的低成本和高效率，在未来这两种方法很有可能用于合成结构更多样、性能更优异的PE-AEM。
       上述工作以题为“基于聚乙烯的阴离子交换隔膜的制备策略”专论形式发表在《高分子学报》2020年第10期（2020，51(10): 1140-1146, doi: 10.11777/j.issn1000-3304.2020.20123），通讯作者是中国科学院化学研究所尤伟研究员。