华侨大学材料学院陈宏伟

zapian

陈宏伟，华侨大学副教授。2017年3月加入华侨大学材料学院，其课题组致力于储能材料与器件的相关研究。此研究工作得到了国家自然科学基金，中科院先导专项, 华侨大学中青年教师科技创新资助计划的经费支持资助。


陈宏伟,男，博士，副教授  
hwchen2010@sinano.ac.cn
教育背景
2010-2013 中科院苏州纳米所，理学博士，物理化学
2007-2010 华侨大学，硕士，材料学
2003-2007  华侨大学，学士，材料科学与工程（高分子）
工作经历
2014-2017.1  中科院苏州纳米所，助理研究员
2017.3-目前  华侨大学，副教授
研究兴趣
· 适用于大规模高效储能的材料合成与器件设计，包括锂硫电池，锂/钠离子电池，超级电容器等
· 高分子基复合材料的功能设计与应用
拟招2017年秋季硕士研究生一位，欢迎物化、高分子、材料、应化等专业的学生联系！
发表文章
1. Hongwei Chen, Weiling Dong, Jun Ge, Changhong Wang, Xiaodong Wu, Wei Lu, Liwei Chen, Ultrafine Sulfur Nanoparticles in Conducting Polymer Shell as Cathode Materials for High Performance Lithium/Sulfur Batteries. Sci. Rep. 2013, 3, 1910 (IF=5.578)
2. Changhong Wang,‡ Hongwei Chen,‡ Weiling Dong, Jun Ge, Wei Lu, Xiaodong Wu, Lin Guo, Liwei Chen, Sulfur–amine chemistry-based synthesis of multi- walled carbon nanotube–sulfur composites for high performance Li–S batteries. Chem. Commun., 2014, 50, 1202. (Co- first author) (IF=6.834)
3. Wu. D, Zhang. J, Dong. WL, Chen. HW, Huang. X, Sun. BQ, Chen. LW, Temperature dependent conductivity of vapor-phase polymerized PEDOT films. Synthetic Metals, 2013, 176, 86 (IF=2.252)
4. Hongwei Chen, Changhong Wang, Chenji Hu, Jiansheng Zhang, Shan Gao, Wei Lu, and Liwei Chen, Vulcanization Accelerator Enabled Sulfurized Carbon Materials for High Capacity High Stability Lithium-Sulfur Batteries. Journal of Materials Chemistry A, 2015, 3, 1392-1395 (IF=7.443) —“2015 Journal of Materials Chemistry A Hot Papers”
5. Hongwei Chen, Changhong Wang, Weiling Dong, Wei Lu and Liwei Chen, Mono-dispersed Sulphur Nanoparticles for Lithium-Sulphur Batteries with Theoretical Performance. Nano Letters, 2015, 15, 798–802 (IF=13.592)
6. Hongwei Chen, Changhong Wang, Yafei Dai, Shengqiang Qiu, Jinlong Yang, Wei Lu, and Liwei Chen, Rational Design of Cathode Structure for High Rate Performance Lithium−Sulfur Batteries. Nano Letters, 2015, 15, 5443-5448 (IF=13.592)
7. Hongwei Chen, Changhong Wang, Yafei Dai, Jun Ge, Wei Lu, Jinlong Yang and Liwei Chen, In-situ activated polycation as a multifunctional additive for Li-S batteries. Nano Energy, 2016, 26, 43-49 (IF=10.325)
8. Chenji Hu,‡ Hongwei Chen,‡* Yanping Xie, Liang Fang, Jianhui Fang, Jiaqiang Xu, Hongbin Zhao,* Jiujun Zhang, Alleviating polarization by designing ultrasmall Li2S nanocrystals encapsulated in N-rich carbon as a cathode material for high-capacity, long-life Li-S batteries, Journal of Materials Chemistry A, 2016, 4, 18284–18288 (Co-first author) (IF=7.443)

9. Yunxiang Gao,‡ Hongwei Chen,‡ Jun Ge, Jingna Zhao, Qingwen Li, Jianxin Tang, Yi Cui, and Liwei Chen, Direct Intertube Cross-Linking of Carbon Nanotubes at Room Temperature. Nano Letters, 2016, 16, 6541−6547 (Co-first author) (IF=13.592)

baibai

近日，我校材料学院陈宏伟副教授课题组在国际顶级期刊JACS (Journal of the American Chemical Society)上发表了题为“Cationic Covalent Organic Framework Nanosheets for Fast Li-Ion Conduction”的研究论文。JACS由美国化学会创办于1879年，最新影响因子是13.858，是国际化学领域公认的顶级期刊，在领域内具有权威影响力。

随着科技的进步和社会的发展，人们对兼具高能量密度和高安全性的储能电池的需求日益增加。传统的储能电池一般使用液体电解质系统，包括水系或有机溶剂体系，前者电化学窗口窄，后者安全性差。研究人员正致力于构建具有更高比能量和安全性的下一代全固态储能电池。其核心工作之一是寻找具有高离子电导率的固态电解质材料，以替代目前的液体电解质。固态电解质是全固态储能电池高安全性、优异电化学性能等优势的来源，也是其技术发展的瓶颈。

图1. （a）示意图：中性骨架及离子骨架内的离子缔合状态示意图；（b）COFs结构示意图;（c）分子模型及样品TEM；（d）COFs在不同温度下的EIS谱图;（e）不同样品的Raman谱图；（f）不同样品的solid-state NMR谱图；（g）不同样品在1400-2000cm-1的FTIR谱图。

陈宏伟课题组针对如何促进基于COFs(Covalent Organic Frameworks)固态电解质内部离子对分离的关键问题，提出在COFs内引入离子骨架，提升有机框架的极化能力以促进离子对分离的策略（图1）。不同于传统中性有机框架的设计思路，研究人员设计制备了含胍阳离子的有机框架结构，同时引入锂盐LiTFSI以提供所需的离子源。在电场的作用下，这类有机框架上的离子基团易被电场极化形成极化中心，从而改变附近的离子对缔合状态，促进自由离子的形成。拉曼和其他光谱证明COFs中的TFSI-离子不再处于紧密络合状态。固体核磁7Li谱进一步表明所体系内存在相对更“自由”的Li+离子。材料的离子电导率可达2.09×10-4 S cm-1 （70 ℃）。结合DFT和光谱手段，研究人员对其离子传导性质开展了初步探讨。考虑到COFs丰富的设计性，此类固态电解质的离子电导率和电化学稳定性有望可以被进一步优化；此类材料也有望适用于其他金属离子（Na+，K+，Mg2+，Al3+等）的传导。此工作开拓了COFs在固态电解质领域的研究，对COFs材料设计和离子传导研究具有重要指导意义。

陈宏伟副教授于2017年3月加入华侨大学材料学院，其课题组致力于储能材料与器件的相关研究。此研究工作得到了国家自然科学基金，中科院先导专项, 华侨大学中青年教师科技创新资助计划的经费支持资助。

论文链接：http://pubs.acs.org/doi/pdfplus/10.1021/jacs.7b12292

xinji

陈宏伟课题组在Nano Letters上发表了题为“Polymeric Sulfur as a Li Ion Conductor”的研究论文。Nano Letters是美国化学会（ACS）旗下顶级学术期刊，是国际纳米材料化学领域公认的顶级期刊，在领域内具有权威影响力。
       近年来全固态储能电池因其高安全性和高能量密度而被广泛关注，其核心问题之一在于设计高性能的固态电解质。传统的聚合物固态电解质主要是基于碳基分子结构，陈课题组报道了一种新型的基于聚硫（-S-S-）的聚合物固态电解质。该电解质利用价格低廉的单质硫聚合而成，具有方法简单，价格低廉等优点。同时，其导电机理与传统聚合物电解质有显著区别，具有较高的离子电导率（室温电导率2.33×10-4 S/cm）。此类电解质具有良好的热塑性，可以利用热加工的形式得到厚度可控的电解质膜，因此具有较高的大规模制备的应用潜力。

a）上图：利用热滚压制备聚硫电解质膜的示意图；下图：聚硫电解质膜截面的电镜图。b）聚硫电解质膜的平面电镜图。c)用聚硫电解质的三明治结构制备全固态锂电池。d）和e)全固态锂电池的循环性能。

      考虑到聚硫的氧化还原活性，陈课题组设计了基于聚硫的具有三明治结构的固态电解质，（PAN/Poly-S/PAN），并将其组装成全固态锂硫电池。实验结果表明此类固态电解质可以稳定循环。
       上述研究工作由孙雨飞、赵拯等研究生共同参与完成，并与中科院稀土所进行合作，得到的得到国家自然科学基金及华侨大学科研基金等项目的大力支持。
       论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.0c00386

qingli

高效储能是当今科学研究和技术开发的重要方向之一。作为一类可设计的拓扑多孔材料，有机框架材料内部可以实现高效电荷传输，其在电化学储能方面具有较好的应用前景。
        我院陈宏伟课题组长期从事先进储能研究，近年着重关注有机框架电极的设计与研究。此前，研究团队首次发现了框架内阳离子活化阴离子储存的新机制，该工作机制有望将无活性或低活性的有机框架转变为高效的电极材料，相关工作发表于Adv. Energy Mater.2022, 12, 2101930。随后团队进一步提出了“次级电化学活性模块组装”的框架设计策略，实现了包括PF6-/Li+、OTF-/Mg2+、OTF-/Zn2+等离子共储存，并证明了阴阳离子间的库伦作用可显著促进离子在电极内部扩散与储存，从而大幅提高电极的容量和动力学性能。该工作发表于Angewandte Chemie.2023, 62, e202300158。

        近期，团队将框架的储存对象拓展到多价金属离子（Mvn+，n>1），提出了与传统电极不同的Mvn+存储机制，即局域配体辅助插层-赝电容存储机制。这种发生于框架近表面的弱配位模式有效屏蔽了Mvn+的电荷密度，故可助于实现Zn2+的可逆储存>45000圈，Ca2+的可逆储存>20000圈，对应电极的功率密度分别达到14和57 kW/kg。该工作近日发表于Angewandte Chemie（DOI：10.1002/anie.202300372）。
       以上系列工作主要由研究生孙文路、解鹭婷、程章元等协同完成，华侨大学材料学院为唯一通讯单位。
        此外，近年来，陈宏伟团队还发展了基于框架材料的固态离子导体（JACS, 2018；Adv. Energy. Mater. 2021等）。这些系列工作可为开发具有高能量、高功率密度且长循环寿命的框架电极或电解质材料提供指导。相关工作得到国家自然科学基金、福建省自然科学基金、华侨大学测试分析中心、中科院纳米真空互联实验站等支持。