湖南大学材料学院张辉

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张辉：男，1963年6月生，湖南省望城县人，中共党员，湖南大学材料科学与工程教授、博士后、博士生导师，先后任中国有色金属学会合金加工分会理事，国家自然科学基金和国家中小型企业创新基金以及高新技术企业评审专家，教育部铝合金强流变成形技术与装备工程研究中心副主任，湖南省博士后联合会理事。


姓 名        张辉        
性别         男         
出生年月        1963-6        
籍贯        湖南望城
最高学位        博士        最高学位专业名称        材料加工工程
现任专业技术职称（职务）        教授        
所在系（所或教研室）材料成型与控制工程        
联系电话或邮箱        zhanghui63hunu@163.com

教 育 经 历         
1982年9月-1986年6月        中南矿冶学院        金属压力加工        大学本科        学士学位
1986年9月-1989年5月        中南工业大学        金属塑性加工        硕士研究生        硕士学位
1996年9月-2000年9月        中南大学        材料加工工程        博士研究生        博士学位
2002年9月-2006年6月        湖南大学        材料科学与工程        博士后流动站        博士后
工作经历
1989年7月-1991年10月        中南工业大学        助教        金属压力加工
1991年11月-1998年10月        中南工业大学        讲师        金属压力加工
1998年11月-2002年9月        中南大学        副教授        材料加工工程
2002年10月-2006年5月        湖南大学        副教授        材料加工工程
2006年6月至今        湖南大学        教授        材料加工工程

二、教学情况
本科生：塑性力学与金属塑性成形原理（材型专业主干课程）
硕士研究生：变形体物理学
博士研究生：现代塑性加工技术
三、研究领域：
研究方向：
1、铝、镁合金连续挤压技术的研究与开发：新型汽车空调散热器用高精度铝合金异型管材，镁合金连续挤压技术，以及多功能有色金属连续挤压生产线装备；
2、高性能铝合金材料的加工成形技术：军用与航空铝合金厚板、型材与管材等加工技术；
3、金属基层状复合材料的加工成形技术：铝／钢复合、铝／铜复合、铜／钢复合板带材等异种金属基层状材料制造技术；
4、基础理论研究方向有：材料热变形行为及应用技术研究、金属塑性加工新技术新工艺及装备的研究与开发、金属层状材料复合界面及结合机理研究、材料加工过程的微观组织与性能预报及控制技术研究等。
四、科研情况（包含近期主持、主研主要教学科研项目名称及经费） ：
(负责人)
（1）科技部国家科技型中小企业技术创新基金无偿资助项目：采用CONFORM连续挤压技术生产变形镁合金
（2）国家973项目：高性能轻质合金中多相复杂体系原子尺度表征与材料强韧化调控
（3）科技部国际合作计划项目：汽车轻量化技术国际合作研究
五、获奖情况：
获得的科技成果（包括国家发明专利）奖励情况:
获奖：
轻合金热变形行为、挤压加工关键技术及在工程中的应用2008年获湖南省科学技术进步二等奖

六、发表论文与著作情况
公开出版的著作、教材或论文：
部分论文（第一作者）：
　　1. Hot deformation behavior of a KFC copper alloy during compression at elevated temperatures, Trans. Nonferrous Met. Soc.China, 16(2006), 562-566
　　2. Hot deformation behavior of the new Al–Mg–Si–Cu aluminum alloy during compression at elevated temperatures, Materials Characterization, 58 (2007), 168–173
　　3. Tensile deformation and fracture behavior of spray-deposition 7075/15SiCp aluminum matrix composite sheet at elevated temperatures, Materials Characterization, 59(2008), 1078-1082
　　4. Microstructures and tensile properties of AZ31 magnesium alloy by continuous extrusion forming process, Mater. Sci. Eng., A, 486(2008), 295-299
　　5. Hot deformation behavior of Cu–Fe–P alloys during compression at elevated temperatures, Journal of Materials Processing Technology, 209(2009), 2892–2896
　　6. Hot deformation behavior of 7150 aluminum alloy during compression at elevated temperature, Materials Characterization, 60 (2009), 530–536
　　7. Hot deformation behavior of 2026 aluminum alloy during compression at elevated temperature, Mater. Sci. Eng., A, 527(2010), 485-490　　

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2018自然科学基金面上项目-Al-Zn-Mg-Cu合金包覆淬火残余应力与微观组织及性能的相关性研究
批准号        51874127        学科分类        金属成形与加工 ( E041604 )
负责人        张辉        职称                单位名称        湖南大学
资助金额        60万元        项目类别        面上项目        起止年月        2019年01月01日 至 2022年12月31日

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光电催化（PEC）水分解作为清洁可再生氢能非常有前景的制备方法之一，是催化领域重要课题。在发生水分解反应时，包括阴极的还原析氢和阳极的氧化析氧两个半反应，阳极的析氧反应是四电子转移过程，较高的反应动力学势垒严重限制了光电化学水分解的效率，此外，光电催化水分解反应还存在催化剂材料光吸收效率低，载流子复合率高，长时间稳定性差，产生的气体容易吸附催化剂表面等麻烦。因此研究开发出高催化性能、高稳定性的光阳极催化剂材料迫在眉睫。

受到光纤对光波折射约束传递的启发，张辉教授团队与宁波工程学院杨为佑研究员团队合作，通过对N型4H-SiC单晶片进行简单的两步电化学刻蚀工艺，在4H-SiC单晶片上引入了纳米孔穴阵列结构，得到了一种以4H-SiC单晶为主体的富含纳米孔穴阵列活性层的一体化光阳极。该光阳极因其规整的纳米孔穴阵列结构、一体化的载流子传输路径及其对可见光吸收能力的显著提升，在普适的0.5M NaSO4电解液三电极电化学测试中，其光电流密度达到了3.20 mA/cm2 (vs RHE 1.23 V)，起始电位（Onset Potential）为-0.016 V (vs RHE)，其优异的光电催化性能也远高于已经报道的碳化硅光阳极，获得了与传统的光电催化光阳极材料相比非常具有竞争力的催化性能。


该成果以湖南大学材料科学与工程学院为第一单位，博士研究生徐尚为第一作者，蒋福林助理教授和宁波工程学院陈善亮副教授为共同通讯作者发表在ACS Appl. Mater. Interfaces (IF=8.456)上，论文题目为“Single-Crystal Integrated Photoanodes Based on 4H-SiC Nanohole Arrays for Boosting Photoelectrochemical Water Splitting Activity”，链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.0c02893。

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近日，《美国国家科学院院刊》 (Proceedings of the National Academy of Sciences，IF=11.205)在线发表了我院张辉教授团队与宁波工程学院、乌克兰外籍院士杨为佑团队合作研究论文“Robust High-temperature Potassium-Ion Batteries Enabled by Carboxyl Functional Group Energy Storage”。
         与主流锂离子电池(LIBs)相比，钾离子电池(PIBs)因其资源储量更丰(K+ vs. Li+：2.09 vs. 0.0017 wt%)、成本低廉和更低的电极电位(K+ vs. Li+：-2.93 vs.-2.71 V)，有望替代锂离子电池成为潜在的下一代大规模储能系统。然而，较大的钾离子半径(K+ vs. Li+：1.38 vs. 0.76Å)所带来的缓慢反应动力学，根本性限制了其循环稳定性。

         因此，当前该领域的主要挑战之一，是如何赋予钾离子电池良好的循环稳定性。目前广泛报道的储钾机理主要包括合金反应、转化/转变和嵌入等。在此类电化学反应过程中，具有较大半径的钾离子在插入/脱嵌过程中，易诱导电极发生显著体积变化，从而使得电极结构易被破坏。这种情况在高温服役时会更为严重，因为高温加速了电子和离子的转移，钾离子的插入和脱嵌更快。为了推进具有良好循环稳定性特别是高温环境下稳定服役的钾离子电池研发，探索新的储钾机理成为重要的技术手段之一。
        该工作报道了一种基于羧基官能团为氧化还原中心的新型储钾机理。在放电过程中，羧基官能团中氧原子周围的电荷密度提高，使得高电负性的氧原子更容易捕获电子，进而使得C=O双键断裂，与K+离子相结合实现储能；在充电过程中，氧原子失去电子使得周围电荷密度降低，导致C−O−和K+之间的键能减弱，K+离子实现脱嵌回到电解液中，从而完成K+离子的吸附与脱嵌过程。所构建的钾离子电池在62.5°C高温下展现出优异的循环稳定性：在大电流密度500 mA g-1下循环390次，比容量的保持率81.5%，为当前国内外已有报道的最优值。其优异的电化学特性主要归因于独特的表面官能团储能机理，能够有效缓解电化学反应过程中因钾离子插入/脱嵌所带来的电极结构破坏。
        论文第一作者为湖南大学材料科学与工程学院博士研究生卢宪露，湖南大学材料科学与工程学院为第一单位，滕杰教授和杨为佑研究员为共同通讯作者。该项研究得到了国家自然科学基金和宁波市顶尖人才科技项目的资助。
        论文链接：https://doi.org/10.1073/pnas.2110912118