湖南大学材料学院陈小华

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陈小华,男,1962年12月出生,教授,博士生导师。湖南大学材料学院材料科学系主任,材料物理研究所副所长,中国仪表材料学会理事。1992年湖南大学理论物理专业硕士毕业;1994年攻读材料学博士学位;1998-2001年在浙江大学富勒烯研究组做博士后,2002年12月被评为博士生导师。近5年来,已主持2项国家自然科学基金项目,1项湖南省自然科学基金项目、1项湖南省科技计划项目、1项博士后基金项目、1项湖南大学重大基金项目和1项横向课题,同时还参加了其他国家自然科学基金、国家重点军工项目、湖南省自然科学基金等5项课题的研究。2003年获教育部自然科学二等奖一项。在“Chem.Phys.Lett”、“Advanced Materials”等国内外重要刊物上共发表研究论文60余篇,SCI、EI收录40篇左右,被SCI他人引用60多篇次。国际上首次将碳纳米管运用于表面改性技术领域,并取得突破;研制出金属表面上的碳纳米管复合镀层,为国际首创。是多家英文刊物的审稿人。联系电话或邮箱：hudacxh@qq.com
二、  教学情况
指导了11名博士生和15名硕士生。2002年毕业的王键雄硕士研究生获“熊晓鸽”专项奖；2004年指导博士研究生陈传盛获湖南大学优秀博士生基金,2014年指导的硕士生谭兰衍获湖南大学优秀硕士生奖。
2007年指导本科生获全国挑战杯一等奖；
主讲本科生课程《量子力学》，《新型电子材料》、《纳米材料与技术》，开设全校性通识课程《新材料中的纳米魔力》；
主讲研究生课程《高等材料物理》。
完成湖南大学教改项目1项， 湖南大学多媒体项目1项，编写 《量子力学》讲义一本。
                           
三、研究领域
功能纳米材料合成、组装及电化学性能   锂离子电池及电容器电极材料新型金属基和聚合物基纳米复合材料   表面技术
研究团队：徐海洋副教授；唐群力讲师；胡爱平讲师；博士生、硕士生多名；

四、科研情况（近5年主持、主研主要教学科研项目名称及经费）
（1） 国家自然科学基金”基于动力锂离子电池负极材料内嵌碳纳米管的金属氧化物空心复合微球的构筑及储锂性能”, 51572078，76万，负责；
（2） 国家自然科学基金”碳纳米管骨架多级孔结构类石墨烯微球的合成及其电容特性研究, 51541203，18万，负责；
(3)  国家自然科学基金“碳纳米管增强铜基复合材料的粉末注射成形方法、结构和性能研究”，51272073，80万，负责；
(4) 国家自然科学基金”碳纳米管接枝共聚物炭化制备多孔炭及其电容特性研究”, 50972043，36万，负责；
（5） 国家自然科学基金”新型高导热、低膨胀、轻质碳纳米管增强铜基复合材料的制备及其热传导行为研究，50772033，30万，负责；
（ 6） 国家自然科学基金“高耐磨碳纳米管复合镀层研究”，59972031，14万，负责。            
（7） 国家自然科学基金“碳纳米管的表面修饰及其高性能复合材料研究”，50372020，23万，负责。   
（8） 湖南省科技计划项目“化学气相沉积法批量生产多壁碳纳米管”，20万，负责。
（9） 江苏省张家港市工业科技计划项目“ 动力型锂离子电池用线状纳米碳导电剂改性
磷酸铁锂正极材料技术及产业化”，2013.4-2015.12，20万负责；            
（10） 湖南省自然科学基金“硫纳米粒子内嵌石墨烯/碳纳米管中空微球及其在高性能锂硫电池中的应用”，2015JJ2033,4万，负责。  
（11） 技术开发“石墨烯在防腐涂料中的应用研究与产业化开发”，2014.11-2016.10,30万，负责；
（12）技术开发“高选择性吸附活性炭研究”，2014.9-2016.5,10万，负责；
（13）湖南三润纳米材料有限公司委托课题 “碳纳米管高分子复合材料研究”，负责；      
（14）国防科工委民口配套项目：“高导热、低膨胀及层间绝缘材料”，主研。

五、获奖和荣誉情况：
湖南大学教授，博士生导师，中国仪表材料学会副秘书长，《功能材料》杂志编委；湖南省新世纪121人才工程第二层次人选；中国非金属材料协会石墨专家委员会委员。
获得的科技成果（包括国家发明专利）奖励情况:
     1 、奖励：2003年，项目“碳纳米材料及碳纳米管复合镀层的应用基础研究”获教育部自然科学二等奖一项（第一完成人）
2、获得国家发明专利四项：
（1）线状纳米碳导电剂包覆磷酸铁锂正极材料的方法，专利号：ZL 20110101055.8，并成功转让。
（2）一种制备碳纳米管复合润滑油的方法，完成人：陈小华，陈传盛，刘云泉，许龙三，专利号：ZL 2005 1 0031996.3。
（3）一种制备内嵌碳纳米管铜基复合颗粒的方法，完成人：陈小华，许龙山，潘伟英，刘一铮，专利号：ZL 2007 1 0035123.9
（4）一种制备碳纳米管泡沫体的方法，专利号：ZL 200710035094.6 , 完成人：陈小华，许龙山

六、   发表论文与著作情况
发表学术论文百余篇， 近5年来发表的论文：
1. Xi’an Chen, Xiaohua Chen(*)， Zheng Liu. Sulfur-doped porous reduced graphene oxide hollow nanosphere frameworks as metal-free electrocatalysts for oxygen reduction reaction and as supercapacitor electrode materials. Nanoscale, 2014, 6: 13740-13747.
2. Weina Deng, Xiaohua Chen(*)，Xi’an Chen，Zheng Liu, Aiping Hu. Alignment and structural control of nitrogendoped carbon nanotubes by utilizing precursor concentration effect. Nanotechnology, 2014, 25(475): 601-610.
3. Xi’an Chen, Zhubing Xiao，Xutao Ning , Zheng Liu, Zhi Yang, Chao Zou, Shun Wang, Xiaohua Chen(*). Sulfur-Impregnated, Sandwich-Type, Hybrid Carbon Nanosheets with Hierarchical Porous Structure for High-Performance Lithium-Sulfur Batteries，Adv. Energy Mater, 2014, 130: 1988-1995.
4. Weina Deng, Xiaohua Chen(*), Zheng Liu, Aiping Hu. Three-dimensional structure-based tin disulfide/vertically aligned. Journal of Power Sources, 2015, 277(1): 131-138.
5. Xi’an Chen, Xiaohua Chen(*), Fengqiao Zhang. One-pot hydrothermal synthesis of reduced graphene oxide/carbon. Journal of Power Sources, 2013, 243(8): 555-561.
6. Lanyan Tan, Xiaohua Chen(*), Hu Aiping, Weina Deng. Mesoporous LiFePO4 Microspheres Embedded Homogeneously with 3D CNT Conductive Networks for Enhanced Electrochemical Performance. Electrochimica Acta, 2014, 137: 344-351.
7. Bin Zeng, Xiaohua Chen(*), Chuansheng Chen, Xutao Ning, Weina Deng. Reduced graphene oxides loaded-ZnS/CuS heteronanostructures as high-activity visible-light- driven photocatalysts. Journal of Alloys and Compounds, 2014, 582: 774-779.
8. Zeng Bin, Chen Xiaohua(*), Tang Qianxiang, Chen Chuansheng, Hu Aiping. Ordered mesoporous necklace-like ZnS on graphene for use as a highperformance photocatalyst. Applied Surface Science, 2014, 308: 321-327.
9. Zeng Bin, Xiaohua Chen(*). Graphene spheres load edurchin-like CuxO (x=1 or 2) foruseasahigh performance photocatalyst. Ceramics International, 2014, 40: 5055- 5059.
10. Bin Zeng, Xiaohua Chen(*), Xutao Ning, Chuansheng Chen, Aiping Hu, Weina Deng.CNTs/rGO spheres decorated with CuxO (x =1 or 2) nanoparticles and its photocatalytic performance. Catalysis Communications, 2014, 43: 235-239.
11. Bin Zeng, Xiaohua Chen(*), Xutao Ning, Chuansheng Chen. Electrostatic-assembly three-dimensional CNTs/rGO implanted Cu2O. Applied Surface Science, 2013, 276(10): 482-485.
12. Bin Zeng, Xiaohua Chen(*), Xutao Ning. ARCHITECTURE OF FLOWER-LIKE，NANO: Brief Reports and Reviews, 2013, 8(5): 13500521-3500528.
13. Xiaohua Chen(*). Synthesis of aligned carbon nanotube with straight-chained alkanes by nebulization method. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 2010, 20(6): 1012-1016.
14 Weina Deng, Xiaohua Chen(*), Zheng Liu, Aiping Hu, Qunli Tang, Zhe Li,Yina Xiong. Three-dimensional structure-based tin disulfide/vertically aligned carbon nanotube arrays composites as high-performance anode materials for lithium ion batteries. Journal of Power Sources, 2015, 277: 131-138.
15. Shanliang Chen, Qunli Tang(*), Xiaohua Chen(*), Aiping Hu, Weina Deng and Zheng Liu. Controllable graphene coated mesoporous carbon/sulfur composite for lithium– sulfur batteries. RSC Adv., 2015, 5: 74138–74143.
16. Huaiyuan Chen, Xiaohua Chen(*), Ying Zeng, Shanliang Chen and Jiande Wang. Grass-like CuCo2O4 nanowire arrays supported on nickel foam with high capacitances and desirable cycling performance. RSC Adv., 2015, 5: 70494–70497
17. Aiping Hu, Xiaohua Chen(*), Yuanhong Tang, Shaopeng Zhang, Binbin Fan. Self-assembly of Fe3O4 nanorods on graphene for lithium ion batteries with high rate capacity and cycle stability. Electrochemistry Communications, 2013(28):139-142.
18. Guo-Jun Yi, Xiao-Hua Chen(*), Zhong-Xiang Xie, Ke-Qiu Chen, Li-Ming Tang. Ballistic thermal transport contributed by the in-plane waves in a quantum wire modulated with an acoustic nanocavity. Journal of Applied Physics, 2012, 112: 124315.
19. Aiping Hu, Xiaohua Chen(*), Yuanhong Tang, Lei Yang, Haihe Xiao, Binbin Fan. A facile method to synthesize Fe3O4/graphene composites in normal pressure with high rate capacity and cycling stability. Materials Letters, 2013, 91: 315–318.
20. Bin Yi, Xiaohua Chen(*), Kaimin Guo, Longshan Xu, Chuansheng Chen, Haimei Yan. High-performance carbon nanotube-implanted mesoporous carbon spheres for supercapacitors with low series resistance. Materials Research Bulletin, 2011, 46: 2168–2172.
21. Bin Yi, Xiaohua Chen(*), Bin Zeng, Kaimin Guo, Zhong Wan, Qi Qian, Haimei Yan, Jianghua Chen. Gelatin-based activated carbon with carbon nanotubes as framework for electric double-layer capacitors. Journal of Porous Materials, 2012, 19: 37-44.
22. YI Bin, CHEN Xiaohua(*), LIU Yunquan, GUO Kaimin, CHEN Chuansheng, ZENG Bin, Long Hui. High performance porous carbon for supercapacitors prepared by one step pyrolysis of PF/gelatin blends. J. Cent. South Univ., 2012, 19: 41−45.

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过渡金属氧化物在众多锂离子电池负极备选材料中具有较高的理论容量,自被报道以来便得到了广泛的关注；然而,其较低的首次库伦效率会严重消耗与其匹配的正极材料中的有效锂源，从而限制了该类负极材料在锂离子全电池方面的应用。目前，预锂化处理和碳材料复合是改善过渡金属氧化物负极材料低首效的有效途径，但这些方法存在制备困难的缺点，不利于大规模商业化应用。

近日，陈小华教授团队提出通过空间结构禁闭效应减少SEI膜生成的新思路。他们采用碳热还原方法，合成了一种密实的氧化亚钴纳米空心笼二次结构。该结构由形状、尺寸不一的纳米颗粒组成，具备合适的比表面积以及表面间隙。这样一种结构能够隔绝电解液进入空心笼内，但允许Li+ 进入，既充分利用活性物质，又降低了电极-电解液接触界面，减少SEI膜的产生，从而提高电极首次库伦效率（82.2% --- 电流密度0.1 A g-1）。更重要的是，该方法和结构可以扩展到NiO和Fe3O4等其它过渡金属氧化物负极材料上，呈现出一定的普适性。青年##刘继磊博士也作为合作者参与了此项工作。

该成果发表在国际学术期刊《ACS Applied Materials & Interface》（IF=7.5）上，题为“Compact-Nanobox Engineering of Transition Metal Oxides with Enhanced Initial Coulombic Efficiency for Lithium-Ion Battery Anodes”,文章链接为https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.7b19379，第一作者为博士生朱雁飞，第一通讯作者为陈小华教授，第二通讯作者为刘继磊博士。

氧化亚钴及其复合物的制备流程图

maimaitian

5月21日，2019年长沙科技活动周开幕式在长沙高新区管委会三楼多功能厅举行。开幕上为获得长沙市第十六届大学生科技创新创业大赛一等奖的团队及优秀组织单位进行了颁奖。我校材料科学与科学工程学院《具有三维结构和超金属散热性能的可折叠碳膜》项目团队（团队成员：李艳花、黄聪、李传议、申雨萍，指导老师：陈小华）代表我校获得研究生组一等奖。在湖南省本科院校中，我校是唯一近三年连续获得此项赛事一等奖的单位。同时，我校获得优秀组织单位。
据悉，此次入围决赛的有来自湖南大学、国防科技大学、中南大学等20所高校的41支参赛团队。经过初赛、复评、决赛等环节角逐，最终我校获研究生组一等奖1项（仅2项）、三等奖1项、优胜奖5项，本科生组二等奖1项。
长沙市大学生科技创新创业大赛已持续了十六年，是目前长沙市内规格最高、水平最高、参与的人数最多的大学生创新创业大赛。本次大赛由长沙市科技领导小组办公室主办，长沙市科技局承办。大赛涵盖了电子信息、互联网+、先进制造、节能环保、生物医药、新材料等多个领域。

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2018自然科学基金面上项目-聚合物衍生多孔掺杂碳微球孔结构、碳结构有序度及杂原子掺杂的调控及其储钠机制研究
批准号        51872087        学科分类        ( E021002 )
负责人        陈小华        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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湖南大学材料科学与工程学院陈小华教授与刘继磊教授联合南洋理工大学申泽骧教授，通过溶剂法得到了以有机金属框架(MOF)为前驱体的钴氮化合物／氮掺杂碳复合材料（MOF-Co4N）。在有机金属框架的结构中，金属原子与有机链之间均匀分布，因此有利于得到金属化合物均匀分散在碳基底中的复合材料。这种复合材料作为锂硫电池电极材料具有以下几点优势：（1）相对普通的碳材料，氮掺杂的多孔碳材料具有对电解液更好的浸润性，且与多硫化物之间的相互作用力更强；（2）纳米片碳骨架为多硫化物的氧化还原反应提供了大量的反应位点，有利于提高反应的动力学；（3）纳米尺寸的Co4N均匀地分布在碳骨架中。通过理论计算得到，Co4N与多硫化物之间存在强的相互作用（2.6 eV），可以很好地吸附多硫化物，从而提高多硫化物的利用率，得到更高的充放电容量和循环稳定性。基于此，氮掺杂碳骨架与Co4N的复合有效地提高了其作为锂硫电池正极材料载体的电化学性能。通过与对照组实验对比，包括单质钴／氮掺杂碳复合材料（MOF-Co）和去除钴后的材料（MOF-C），证明了Co4N对提高锂硫电池动力学性能的重要性。通过原位ESI的测试，研究了电池充放电的扩散系数，证明在整个充放电的过程中，MOF-Co4N基锂硫电池表现出更快的动力学。该过渡金属氮化物与碳材料的复合材料设计，在锂硫电池中表现出了其优势。

相关论文发表在Small (DOI: 10.1002/smll.201901454)上。

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陈小华教授课题组与加拿大滑铁卢大学的陈忠伟教授合作，通过构建3D互穿石墨烯通道，制备了在面内方向和厚度方向均具有高热导率的柔性可折叠石墨烯薄膜。以超细高分子纤维为骨架，氧化石墨烯作为成膜物质，通过氧化石墨烯的含氧官能团与高分子纤维的键合作用，并借助高温碳化处理使碳原子重排，相互扩散，结合紧密，结合石墨烯片层表面与高分子存在的晶格匹配关系而产生的“物理铆合”作用，显著提高二者之间的界面黏结性，从而使高分子纤维在碳化过程中与成膜的石墨烯“焊接”起来，形成3D互连的微铰链状结构，石墨烯紧密包覆于纤维表面，获得结构致密的一体化全碳复合薄膜。这种设计为厚度方向和面内方向的热输运提供了石墨烯互穿的高速通路，结合氧化石墨烯和纤维之间的石墨化协同效应，界面热阻小，从而使薄膜在面内方向和厚度方向兼具高导热性能，特别是在厚度方向的热导率取得突破：面内方向热导率为1428±64W/m·K，厚度方向热导率为150±7W/m·K，达到金属水平。此外，复合薄膜不但具有骨架结构独特的强度高、柔韧性好的特点，而且热处理过程形成的微孔以及在碳/碳材料表面和内部形成的大量纳米褶皱，结合微铰链状3D结构，赋予碳膜柔韧性和可折叠性。新的石墨烯薄膜散热材料制备技术路线工艺简单，原材料来源广泛，适合工业化生产，可大规模应用在各种可穿戴设备、电子器件、电子设备以及对散热要求较高的大型装备领域。

相关结果发表在Small（IF=10.856）上。论文的第一作者为我院博士生李艳花，通讯作者为陈小华教授，共同通讯作者为加拿大滑铁卢大学的陈忠伟教授。
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/smll.201903315