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个人简介:
研究员、博士生导师、国家杰出青年科学基金获得者、中组部引进高层次青年人才、中科院特聘核心岗位人员、英国皇家化学会会士,于2015年6月加入中国科学院大连化学物理研究所任职二维材料化学与能源应用研究组组长,主要致力于二维材料化学与微纳电化学能源应用的基础研究,包括微型储能器件、超级电容器、先进电池等。特别是针对可穿戴和微电子系统储能器件的国家重大需求,其在国际上较早开展了微型电化学能源材料与器件的系统研究。
截止目前,在Nature、Energy Environ. Sci.(13篇)、Adv. Mater.(17篇)、J. Am. Chem. Soc.(8篇)、Nat. Commun.(5篇)、Adv. Energy. Mater.(17篇)、Adv. Funct. Mater.(18篇)、Natl. Sci. Rev. (5篇)、Energy Storage Mater. (20篇)、 Angew. Chem. Int. Ed.(6篇)等杂志上发表高质量学术论文305余篇(其中近5年225篇),其中IF>10的论文210余篇(其中近5年156篇),被SCI引用40000余次;单篇他引超过200次的42篇,单篇他引超过1000次的13篇,单篇他引最高2395次,36篇论文入选ESI高被引论文。申请发明专利170余项,授权30余项。承担中组部、科技部、基金委、省市地方以及企业横向项目等30余项,其中国家重点研发计划课题/子课题4项,中科院先导A课题1项、国家自然科学基金杰出青年基金/面上基金项目3项等。获批国际标准1项、国家标准2项。曾获辽宁省自然科学一等奖(2022,排名第一;2015,排名第四)、国家自然科学二等奖(2017,排名第四)、第十三届辽宁青年科技奖(2021)等。
担任Applied Surface Science副主编,J. Energy Chem.、Natl. Sci. Rev.、Sci. Bull、Energy Storage Mater.、Nanomaterials、Chin. Chem. Lett.、物理化学学报等编委。担任Pacifichem 2020、美国化学年会(2018)、世界粉末大会(2018)、中国化学会第四届中国能源材料化学研讨会(2019)、中国化学会第三届菁青论坛(2020)、第四届储能材料国际研讨会(2022)等会议共同或分会主席。
主要研究方向:
1. 高质量石墨烯的制备、组装和应用
2. 其他新型二维能源材料
3. 高性能平面化、功能化微型储能器件及其不同应用场景微系统集成
4. 其他新型高效电化学储能器件
5. 二维材料催化
儿时梦想终成真
1981年,吴忠帅生于大连庄河。小时候的他在作文中经常写到“我的理想是当一名科学家”,对于吴忠帅而言,那个时候只是一种朦胧又感觉很遥远的目标。随后,他在课本上逐渐了解到门捷列夫、拉瓦锡、居里夫人、爱迪生、侯德榜、钱学森、邓稼先等科学家,尽其一生于科研事业,用其一项项的科研成果造福人类社会,这份对科研的执着和热爱深深地打动了他,也更加坚定了他的科研梦。中学化学课上,看着老师演示着神奇的化学实验,吴忠帅很好奇也很心动,非常想自己也能动手体验一番,并探究其中的原理与奥妙,渐渐地,他发现自己越来越喜欢精彩的化学实验世界,并在填报大学志愿时毫不犹豫的选择了化学专业。
在这个领域的成长和探索过程中,吴忠帅遇到了他的硕士导师张向东教授、博士导师成会明院士和任文才研究员、博士后合作导师Klaus Müllen教授和冯新亮教授,以及研究组学术指导包信和院士,在他们周围耳濡目染,吴忠帅学会了积极进取的心态,不断探索的创新精神,认真、严谨、坚持和追求极致的工作态度。
吴忠帅课题组
图源:吴忠帅课题组
根据中科院大连化物所未来10年创建世界一流研究所的科技发展战略和催化基础重点国家实验室、大连洁净能源国家实验室(筹)建设的学科布局规划,吴忠帅研究组主要聚焦于先进二维能源材料与高效电化学能源创新体系的基础性与前瞻性研究,主要包括:
(1)二维材料的制备、性质及应用基础性研究:发展高质量石墨烯及开发新型二维材料的可控制备与精确调控方法,制备石墨烯、氧化物、聚合物、异质结等二维材料,研究其独特的光、电、热学特性,探索其在微型储能器件、传感器、探测器等不同领域的应用;
(2)柔性化、微型化、高效电化学储能器件与功能集成系统:瞄准特定的应用场景,发展特定的能量型、功率型或柔性化、微型化、高效电化学微纳储能器件,并创新器件的组装策略和关键技术,提高储能器件的续航能力和功能特性,构建能量获取-存储-消耗器件高度集成化、智能化独立微能源集成系统;
(3)工况状态下(微型)电化学能源器件储能、催化机理的原位研究:利用催化基础国家重点实验室、大连洁净能源国家实验室(筹)、及合作单位上海同步辐射光源、中科院苏州纳米所纳米真空互联实验站(Nano-X)的平台优势,开展从材料制备、微纳器件制造,到原位表征以及电化学相关的表界面化学、高动态过程的基础性研究。
基础研究和产业化技术同等重要
吴忠帅认为基础性科学问题的研究和产业化技术瓶颈的突破同等重要。大连化物所是一个基础与应用并重的综合性研究所,非常重视基础研究成果转化成生产力、创造出经济价值,期望在科学前沿、国民经济和国家安全中发挥不可替代的作用。对于吴忠帅课题组来说,基础性与前瞻性研究需要解决二维材料与能源器件中的基础科学问题,包括高性能二维能源材料与化学、表面与纳米电化学、微型化储能器件理性构建、揭示材料与器件之间的作用机理和构效关系等。而突破当下产业化技术瓶颈,需要思考如何真正的将石墨烯材料制备与应用以及高效安全的电化学储能器件实现产业化生产,期望获得能满足未来社会和国家需要的先进材料与能源器件,这也是他一切工作的出发点和落脚点。
十多年里,吴忠帅研究团队一直坚持从事高质量石墨烯材料的可控制备、连续化吨级生产与储能应用基础研究:(1)发展了氧化剥离、电化学剥离、高温热解SiC、自下而上环化等多种方法制备出不同种类的石墨烯材料,包括氧化石墨烯、还原石墨烯、单层/少层石墨烯、站立石墨烯阵列等,实现了高质量石墨烯的宏量、低成本制备,完成了石墨烯连续制备实验平台的搭建;(2)发展了湿法纺丝、生物模板基CVD生长、室温下快速还原、自蔓延燃烧等方法,构建出不同维数石墨烯宏观体材料,包括石墨烯纤维、薄膜和三维网络材料,率先构建锚固结构氧化物/石墨烯复合电极材料,揭示氧化物和石墨烯的强协同效应,研制出多种高性能电化学储能器件,包括微型储能器件、超级电容器、锂电池(锂硫、金属锂负极)和新型电池(钠/钾/铝/锌离子)中应用,极大推动了石墨烯的制备与储能应用研究。
吴忠帅课题组针对平面微型电化学能源材料理性设计与器件构筑开展了深入系统研究,取得了一系列创新的成果:(1)提出了化学掺杂、超分子分级自组装、有序介孔精准调控策略,获得高赝容量二维材料为主的多种高性能电极材料;(2)发展出与高性能电极材料相匹配的图案化微电极的高精度、规模化、一体化制备方法,构筑出高效电子-离子输运通道的微电极;研制出与微电极匹配的宽电压窗口凝胶电解质;(3)发展微电极-电解质协同耦合与界面调控策略,研制出高电化学性能、高机械性能、多功能化的平面化微型储能器件。发展了高效可靠的器件自集成方法,开发出电压/功率高度可调的微型储能器件模块,以及功能化集成微系统。获得超过100 V的输出工作电压微型储能模块,达到了国际领先水平。
亦师亦友
尊重与信任是一切关系的前提,有效交流沟通是解决问题的重要法宝。吴忠帅和学生们既是师生,又是朋友。在科研方面,吴忠帅会根据学生们的基础水平给他们定好科研方向,学生在项目探索和研究方案制定方面具有充分的自由度,实践中遇到问题时他会给予及时关注、指导和帮助。在生活方面,吴忠帅会经常和同学们一起聊天、交流思想,了解并关心大家的生活,对大家学习、工作以及早期职业规划上遇到的困难、烦心事耐心倾听,并提出一些建议。
参考来源:
1.中国科学院大连化学物理研究所官网
2.MaterialsViews《Wiley人物专访—中科院大连化物所吴忠帅研究员》
(中国粉体网编辑整理/乔木)
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