郑州大学材料学院材料科学与工程系（金属、复合方向）邵国胜

gudu

邵国胜，郑州大学材料学特聘教授、博导；英国Surrey大学客座教授；国家低碳及环保材料智能设计国际联合研究中心主任；郑州新世纪材料基因组工程院院长。曾任英国萨利大学资深研究官，布鲁奈尔大学材料学副教授，英国博尔顿大学计算材料学教授、新能源研究所所长、工程院院长、理工及体育学部主任等，英国材料化学委员会委员、可持续能源材料工作组成员。邵教授在郑州大学创建了中英纳米多功能材料研究中心，并被认定为河南省低碳及环境材料国际联合实验室、国家级低碳及环保材料智能设计国际联合实验室，获得河南省政府黄河友谊奖。2016年于“中原智谷”创建郑州新世纪材料基因组工程研究院，被认定为河南省首批重大新型研发机构。在Nature等国际著名期刊发表论文200余篇，申请并获得国内外专利30余项。


个人概况：
姓 名：邵国胜
性 别：男
出生年月：1958年07月
籍 贯：河南省郏县
最高学历：博 士
从事专业：材料科学与工程
职   务：河南省低碳及环境材料国际联合实验室主任
职 称：特聘教授
社会兼职：英材料学会专业会员
环太硅基半导体会议国际顾问
国家自然科学基金委专家委员
联系方式：E-mail：gsshao@zzu.edu.cn
通讯地址：郑州市科学大道100号
个人简历：
1. 1992.9–1995.4 毕业于英国University of Surrey 材料科学与工程专业，获博士学位。
2. 1995.9–1999.4 University of Surrey 材料科学与工程，博士后。
3. 1999.4–2005.4 University of Surrey 材料科学与工程，研究员。
4. 2005.5–2007.2 Brunel University工学院，副教授。
5. 2007.2– University of Bolton工程院，教授、院长、新能源研究所所长、研究生院院长。
6. 2010.11- 入选国家特聘教授，加盟郑州大学，组建河南省低碳及环境材料国际联合实验室。
教学情况：
硕士、博士研究生相关课程.
研究领域：
1. 新一代低成本高效益太阳能电池的研发
2. 多尺度材料模拟与智能材料及器件的设计
3.金属材料的综合性能研究（有色金属方向）
4. 新型能源与环境材料
学术贡献：
(1)多尺度智能材料设计方法：自上而下的研究战略与自下而上的研究方法相结合，以多尺度理论模拟为指导，从事材料的分子设计及性能预测。 主要贡献包括：
   (a)建立非晶相形成理论并首次预见及成功制备无定形金属硅化物半导体(J. Appl.Phys.88 (2000) 4443-4445;J. Appl. Phys.90 (2001) 724-727;Appl.Phys. Lett.79 (2001) 1438-1440等）。该类半导体被日本学者纳入最有发展前景的“环境半导体”。有望成为新型低成本高性能太阳能电池的核心材料。
(b)首次成功实现宽能带氧化物半导体的能带改造（自紫外至红外的吸收边超红移使之适用于新型低成本高性能太阳能电池及可见光区自清洁材料。
(c)金属间化合物国防结构材料设计及相变过程，首次建立钛基金属间化合物中相变的预报方法。
(2) 首 次 建 立 了 长 程 周 期 性 超 结 构 的 电 子 衍 射 理 论 (Appl.Phys. Lett.74(1999)2643-2645；Intermetallics 10 (2002) 493 – 496等)。该理论亦适用于无公度长程有序结构。建立了应用高能 X 射线光电子能谱（XPS）研究合金化电子过程的方法（Phys. Rev. B 71: 075114 (2005)等）。
(3）硅化物及硅基光电(伏)材料及器件处于国际光电研究前沿： 硅化物相图计算，新型硅化物半导体设计及制备， 硅化物半导体电子晶体学， 硅发光技术。 首创硅基发光器。发表于 Nature（410 (2001) 192-194; 414(2001) 470）的工作导致国际硅基发光研究热（SCI年均他引30余次）。
部分结项及在研项目如下：
超薄Si/FeSi2/Si太阳能电池的界面、缺陷与光伏转换效率的关联  2012-2015 60万元
新一代核能核心材料及技术  2012-2016  100万元
全光谱吸收氧化物电池的材料挑战  2013-2017  80万元

qiangguo

郑州大学邵国胜研究团队在Journal of Materials Chemistry A发表题为“A theoretical approach to address interfacial problems in all-solid-state lithium ion batteries: tuning materials chemistry for electrolyte and buffer coatings based on Li6PA5Cl hali-chalcogenides”的文章，DOI: 10.1039/c8ta11151k，J. Mater. Chem. A, 2019, 7,5239。被评为2019 JMCA热点文章，2019年JMCA第七期外封面文章)。

（https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2019/ta/c8ta11151k）

本工作基于材料基因组方法，通过高通量的计算设计，针对Li6PS5Cl全固态电解质，构造一体化全固态电池。 本文采用的材料基因组方法包括：（1）平衡相图计算；（2）USPEX遗传算法；（3）基于团簇展开算法使用ATAT对电压平台做出预估；（4）形成能计算；（5）吉布斯自由能计算：针对相关化合物，做出能量稳定性上的评估；（6）声子计算：针对相关化合物，做出结构稳定性上的评估；（7）同质节的构造；（8）分子动力学AIMD计算：对于相关化合物，做出传质能力的评估,并判断分析化合物与锂的兼容性；

nuli

郑州大学邵国胜研究团队在Journal of Materials Chemistry A发表题为“Theoretical identification of layered MXene phase NaxTi4C2O4 as superb anodes for rechargeable sodium-ion batteries”的文章。通过高通量的计算设计，对钠离子负极材料MXene相Ti4C2O4钠离子的嵌入-脱出过程进行了细致的理论研究，结果得到了电化学性能优异、结构完整性、多层储存钠的负极材料。本文采用的材料基因组方法包括：（1）利用USPEX全局搜索寻找化合物的稳定结构；（2）声子计算：对相关化合物做出结构稳定性上的评估；（3）形成能、自由能计算：判定化合物与其组成相的稳定性差异；(4)平衡相图计算；（5）ATAT计算：基于团簇展开算法对电压平台进行预估；（6）分子动力学AIMD计算：对于相关化合物，做出传质能力的评估，并判断分析化合物与钠的兼容性；（7）电子状态密度（DOS）计算：对化合物的金属性和电子导电性进行评估。

文献链接：
Theoretical identification of layered MXene phase NaxTi4C2O4 as superb anodes for rechargeable sodium-ion batteries，DOI:10.1039/C9TA13366F
https://pubs.rsc.org/en/content/ ... 13366f#!divAbstract

zuoyoushou

低碳环境材料研究所紧密依托国家低碳环保材料智能设计国家联合研究中心，在邵国胜教授带领下，深耕能源环境领域，借助计算材料学有力手段，围绕国际能源材料研究前沿和国家“核能”重大需求，形成了石墨烯、固态电解质、环境净化和特种薄膜和涂层特色研究方向。在2020上半年，取得以下研究进展：

1.垂直石墨烯阵列及相关碳材料

近年来石墨烯材料以其优越的电子传导能力，优良的力学、光学特征受到高度关注。与传统平铺衬底的石墨烯薄膜不同，直立石墨烯垂直于衬底方向生长，由少层石墨烯片堆砌而成。直立石墨烯不仅拥有独特的垂直形貌，其特有的优势诸如巨大的比表面、不易彼此堆叠、拥有超薄而且大量暴露的边缘等，使其在储能、传感器和能量转换器件方面有着巨大的潜力。邵国胜教授团队开发了在国际领域上首次实现了有效调控“无热源”大面积制备直立石墨烯，并成功应用于钠离子电池和金属空气电池。

[1] Vertically aligned graphene nanosheets on multi-yolk/shell structured TiC@C nanofibers for stable Li–S batteries. Energy Storage Materials, 2020, 27, 159-168.  

[2] Heater-Free and Substrate-Independent Growth of Vertically Standing Graphene Using A High-Flux Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition. Adv. Mater. Interfaces. 2000854. DOI: 10.1002/admi.202000854.（封面文章）

[3] Photo generated Electron Transfer Process in Heterojunctions: In Situ Irradiation XPS. Small Methods, 2020, DOI: 10.1002/smtd.202000214.

[4] Ink Engineering of Inkjet Printing Perovskite, ACS Applied Materials & Interfaces, 2020, DOI: 10.1021/acsami.0c09485

2.智能响应及环境净化材料

基于固态电解质特殊的输运特性和能带结构，首次实现了氧化物钙钛矿材料LLTO的超快气敏响应，实现了响应时间亚秒级的突破。针对能源转化与环境净化材料的能带结构不匹配和光生载流子的随机性复合问题方面，研究团队通过化学功能化实现对还原氧化石墨烯(rGO)的能带结构、功函数、电导率、亲水性和光学性质的调控。提出通过异质界面能级和功函数差异带来的界面内建电场，精确调控光生载流子在界面间的空间分离和定向迁移，实现催化性能的显著提高。首次合成了Co-MoO(3-x)纳米晶，不仅实现了过渡金属的掺杂，同时创造了丰富的氧空位，这种独特的结构使其同时具有优越的光热转化性能和表面增强拉曼检测性能。

[5] Nano-porous hollow Li0.5La0.5TiO3 spheres and electronic structure modulation for ultra-fast H2S detection. J. Mater. Chem. A, 2020, 8, 2376.（前封面）

[6] Effective promotion of spacial charge separation in direct Z-scheme WO3/CdS/WS2 tandem heterojunction with enhanced visible-light-driven photocatalytic H2 evolution. Chemical Engineering Journal, 2020, 398, 125602.

[7] Rational regulation on charge spatial separation and directional migration in the yolk-shell structural SiO2/Ni2P/rGO/Cd0.5Zn0.5S nanoreactor for efficient photocatalytic H2 evolution. Chemical Engineering Journal, 2021, 404, 126497.

[8] Accelerating the directional charge separation by the interfacial built-in electric fields derived from the work-function difference. Chinese Journal of Catalysis, 2021, 42: 583-594.

[9] Multilevel polarization-fields enhanced capture and photocatalytic conversion of particulate matter over flexible schottky-junction nanofiber membranes. Journal of Hazardous Materials, 2020, 395, 122639.

[10] Supercritical CO2 synthesis of Co-doped Co-MoO(3-x) nanocrystals for multifunctional light utilization, Chemical Cmmunications, 2020, 56(55), 7649-7652.

3.锂离子电池材料设计及实践

基于材料基因组方法，首次理论证明MXene相Ti4C2O4、MoS2@Graphene储Na+机制，，钠离子输运能力，以及结构稳定性。理论与实验相结合，获得优异的变倍率和循环性能。在理论设计的指导下，调控截止电位，探寻电位和结构间的构效关系。在锂离子电池方面，设计了“Room-like” TiO2阵列结构，又具有封闭式结构的限域作用，因此基于该结构的锂硫电池展示了优良的电化学性能。利用合金化和沉积诱导的方法，获得对锂负极的平面生长调控；实现了大电流下的沉积剥离稳定性提升。借助能量损失谱，对于LLTO的晶界补锂机制给除了直接证据。

[11] Enabling remarkable cycling performance of high-loading MoS2@Graphene anode for sodium ion batteries with tunable cut-off voltage, Journal of Power Sources, 2020, 458, 228040.

[12] Theoretical formulation of Li3a+bNaXb (X = halogen) as a potential artificial solid electrolyte interphase (ASEI) to protect the Li anode, Phys.Chem.Chem.Phys., 2020, 22, 12918.

[13] Two-pronged approach to regulate Li etching for a stable anode. Journal of Power Sources, 2020, 455, 227988.

[14] In situ atomic-scale engineering of the chemistry and structure of the grain boundaries region of Li3xLa2/3-xTiO3 Scripta Materialia, 2020, 185, 134–139.

[15] “Room-like” TiO2 Array as a Sulfur Host for Lithium-Sulfur Batteries: Combining Advantagesof Array and Closed Structures. ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 2020, 20, 7609-7616.

[16] Theoretical identification of layered MXene phase NaxTi4C2O4 as superb anodes for rechargeable sodium-ion batteries, J. Mater. Chem. A, 2020, 8, 11177.

4.锆材表面氧化及结构演变。

锆材是我国能源领域的“卡脖子”问题之一，团队围绕核级锆材在氧化过程中的铁元素多化学态特性，提出了拉夫斯相的结构分化机制，并提出了基于调幅分解的热力学机制。为发展新型锆材防护薄膜提出了理论支持。

[17] Chemical diversity of iron species and structure evolution during the oxidation of C14 Laves phase Zr(Fe,Nb)2 in subcritical environment. Corrosion Science, 2020, 162, 108218.

[18] Evolution of “Spinodal decomposition”-like structures during the oxidation of Zr(Fe,Nb)2 under subcritical environment. Scripta Materialia, 2020, 187, 107–112.

以上工作受到了国家自然科学基金、河南省杰出科学家工作室、国际联合研究中心专项、一流学科建设专项等的支持。低碳环境材料研究所在前期学术积累的基础上，创办了Energy & Environmental Materials 国际期刊: https://onlinelibrary.wiley.com/journal/25750356，今年被SCIE收录。为一流学科建设和国际化做出了贡献，欢迎大家关注。

bingnuan

近日，学院国家低碳环保材料智能设计国际联合研究中心邵国胜教授团队张鹏教授课题组在电纺柔性纤维助力高能量密度锂硫电池方面取得进展，应邀以题为“Lithium–Sulfur Batteries Meet Electrospinning: Recent Advances and the Key Parameters for High Gravimetric and Volume Energy Density”的综述论文发表在材料领域期刊《Advanced Science》上。郑州大学为第一完成单位，材料科学与工程学院2018级博士研究生张永上为第一作者，张鹏教授为通讯作者。
        锂硫电池以其超高的理论比容量和理论能量密度而受到广泛的研究，被认为是具有前景的下一代高能量密度储能体系。然而，穿梭效应、导电性差、体积膨胀和锂枝晶过度生长等问题严重阻碍了锂硫电池的商业化进程。在众多解决锂硫电池面临问题的方法中，电纺纤维以制备方式简单、结构多样、柔韧性好和成分可调，并且易于与其他材料制备相结合等特点而受到了广泛的应用，在解决锂硫电池的问题方面展现出了巨大的潜力。该工作以电纺为出发点，详细的探索了电纺纤维在锂硫电池中应用的结构和材料的优越性，并将电纺纤维在锂硫电池中的应用划分为正极宿主、夹层、隔膜和负极宿主四种类型，为电纺纤维的设计提供了丰富的案例。重要的是，该研究系统评估了以电纺纤维为基础实现500 Wh kg-1和700 Wh L-1锂硫电池关键参数的数学模型，在理论上为实现高能量密度锂硫电池的设计提供了参考依据，推动柔性储能器件向低成本和实用化方向发展。
        该研究得到了国家自然科学基金、河南省优秀青年基金、郑州大学材料学科青年创新专项基金和郑州新世纪材料基因组工程研究院等的支持。
        全文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202103879