微纳米结构材料团队

团队基本信息

 团队负责人

张旭

教授，博士生导师，河北省粘接与涂料协会理事。中国科学院化学研究所高分子物理与化学国家重点实验室博士后，入选2013年河北省“三三三人才工程”第三层次。2007年获河北自然科学三等奖一项（第二获奖人），2001年12月获华北石油管理局科技进步二等奖一项（第一获奖人），1998年2月获华北石油管理局科技进步三等奖一项（第二获奖人）。主持完成国家基金项目2项、河北省基金项目4项、河北省教育厅科研计划1项、教育部功能高分子材料重点实验室基金1项；横向企业合作项目10余项。现主持河北省重点研发项目、天津市自然科学基金多元投入重点项目各1项。此外，一直从事超双疏纳米材料的工业化及应用上，目前已实现了超疏水纺织面料的产业化。在Chemical Engineering Journal、Journal of Materials Chemistry A、Journal of Hazardous Materials、Composites Part B: Engineering、ACS Applied Materials & Interfaces、Journal of Catalysis、Renewable Energy、Nanoscale、Chemical Communications、等期刊发表研究论文近80余篇，出版专著一部（上/下册，第二著者），申请国家发明专利48项，授权36项。

 团队成员

王小梅，高分子材料与工程系教授，硕士生导师。博士毕业于河北工业大学材料学专业。主持完成国家自然科学基金、教育部功能高分子材料重点实验室基金、河北省科技支撑计划项目、河北省教育厅项目各1项，河北省自然科学基金2项。参与多项国家基金、河北省基金、天津市基金研究工作。在ACS Applied Materials & Interfaces、Chemical Communications、Reactive and Functional Polymers、Biochemical Engineering Journal等期刊上发表论文40余篇；申请国家发明专利19项，其中授权8项。

 02 研究方向

1. 具有应用背景的基础研究：以发展新结构、新方法制备纳米材料为基础，以催化、吸附、电池电极、相变储能、特殊浸润性为应用方向的基础研究，本方向已在在Chemical Engineering Journal、Journal of Materials Chemistry A、Composites Part B: Engineering、Journal of Hazardous Materials、ACS Applied Materials & Interfaces、Journal of Catalysis、Renewable Energy、Nanoscale、Chemical Communications等期刊发表研究论文70余篇，出版专著一部（上/下册，第二著者），申请国家发明专利48项，授权36项。完成国家自然科学基金3项、河北省自然科学基金6项、天津市自然科学基金1项。

2. 产业化研究：以超疏水材料的产业化为基础，已经在纺织品、建筑、电器、油水分离等领域的应用取得了突破性进展，授权国家发明专利16项，横向课题10项。

团队研究方向

代表性成果如下：

 1. 超疏水涂层材料及技术

开发的超疏水涂层及技术已经在纺织、建筑、电器、油水分离等领域取得了突破性进展，产品通过了RoSH2.0有害物质检测。例如：基于超疏水原理开发的超疏水面料具有超强拒水、自清洁的功能，同时具有耐强酸、强碱、耐候性强、耐磨损、使用长效、高透气性、不易燃的特性，是完全不同于当前超泼水的一种新一代纺织面料，产品通过了欧盟SGS及ITS检测。用此面料可进一步开发出民用“淋不湿”雨伞、雨衣，军用特战服装、帐篷、篷布伪装等高科技产品。2019年12月已实现吨级生产。处理的超疏水面料制成的“淋不湿”雨伞2018年在国内及日本上市得到了消费者广泛好评，截至目前已累计生产超疏水面料近50万延米（约90万平米）。2023年与中纺标检验认证股份有限公司共同制定了《纺织品 表面浸润性能的检测和评价 接触角和滚动角法》（GB/T 42694-2023）国家标准。

课题组13级硕士研究生杨碧薇接受央视新闻频道采访，介绍课题组开发的超疏水纺织品面料

 2. 大规模无溶剂合成用于高性能锂电负极的碳包封SiOx/C复合材料

SiOx（0 < x < 2)被广泛认为是商业锂离子电池最具竞争力的负极候选者，因为它兼具经济性和高容量的特点（> 2000 mAh g-1）。然而，受限于其低电导率和大体积膨胀的缺点，使其难以大规模应用。纳米工程是解决这两个问题的必要手段。同时，将纳米材料从实验室小批量合成转移到工业化大规模生产也一直是一个巨大的挑战，尤其是几个关键因素：（1）传统湿化学方法在合成阶段不可避免地使用大量溶剂，导致额外的能源消耗和不良环境问题;（2）工艺繁琐，收率低，难以为追求经济效益的商品化采用；（3）大多数高比表面积的材料会引起过多的副反应，消耗有限的锂离子来积累SEI膜，导致初始库仑效率（ICE）低。另一方面，尽管通过引入碳可以显着提高电导率，以加速电子和锂离子的交换和利用。然而，大规模生产具有微观区域（甚至纳米级）的碳掺杂纳米粒子是不可行的，因为硅源通常基于市售的SiO粒子。因此，迫切需要探索一种无溶剂且可大规模生产的解决方案，用于制备包含SiOx和碳的纳米结构，并促使高性能锂离子存储。团队开发了一种无溶剂且可大规模生产的策略来制备具有优异性能的BM-SiOx/C@C纳米复合材料作为LIB负极。结合无溶剂溶胶-凝胶、球磨和CVD技术，可以轻松实现量产。碳壳的包封可以诱导形成稳定的SEI膜，同时实现电子和离子的快速迁移和扩散。BM-SiOx/C@C负极表现出高ICE（71.4%）、大的可逆容量（1279 mAh g-1）以及持久的循环稳定性。此外，在与商业级LiCoO2正极匹配后，得到的全电池仍然具有较高的容量和寿命。该成果发表在Composites Part B: Engineering（2022, 247, 110308. IF11.322, JCR1, TOP），并被能源学人报道（https://nyxr-home.com/99778.html）。

这项工作促进了纳米材料从实验室的小批量化向工业的产业化的转移，预示着光明的商业化前景。该成果已经申请了国家发明专利。

 3. 金属单原子催化剂的制备及其在CO2固定和氢化反应方面的研究

2020年，课题组提出了限域热解方法制备含Zn单原子的氮掺杂分级有序多孔碳多面体（Zn-N-HOPCPs）。以Zn-N-HOPCPs为催化剂，四丁基溴化铵（TBAB）为助催化剂，在常温常压光照条件下，光热驱动CO2和环氧化合物合成环碳酸酯（C-C偶联反应），其催化产率高达95%。此研究成果发表在Journal of Catalysis（2020, 390, 213-223.TOP, IF7.888, JCR1），并被纳米人公众号报道（http://www.nanoer.net/showinfo-4-22071.html）。

2022年，课题组提出了将具有Lewis酸性、光热转化能力的竹节状镍-氮掺杂碳（Ni-N-C）和具有Lewis碱性、捕获CO2能力的聚离子液体整合到双壳层竹节状结构（Ni-BNCNTs@PILs-NH2）。一方面利用其独特的分级孔结构（微孔@介孔），提高传质效率和暴露较多活性位点；另一方面利用其双重功能性，实现Lewis酸碱位点的集成化，增加协同光催化能力。制得的Ni-BNCNTs@PILs-NH2实现了在温和条件下（无溶剂、无均相助催化剂、常压）光热驱动环氧化合物与CO2转化为环状碳酸酯。此成果发表在Journal of Materials Chemistry A（2022, 10, 12418. IF14.511, TOP, JCR1），并被科学材料站报道（https://zhuanlan.zhihu.com/p/520189479）。

2022年，课题组提出了通过球磨法克级别合成竹节状Ni SACs，当其作为光热催化剂用于胺与CO2的N-甲酰化（C-N偶联反应），表现出优异的催化性能（产率94%和选择性89%）。相关专利已得到受理通知。该研究开发了一条无溶剂且易于规模化制备SACs的道路，该方法还可以推展至制备其他金属SACs。制得的SACs具有较高的催化活性，同时其中还含有相应的磁性纳米颗粒（Fe、Co、Ni），使得催化剂在工业化应用时易于回收再利用。因此，该策略制备的SACs在“双碳”背景下具有较好的工业化应用前景。此成果发表在Green Chemistry（2023, 25, 3585-3591. IF 11.034, JCR1, TOP）。

 03 团队成果

团队在深耕科研、开发新产品服务社会的同时，始终以教书育人为根本，课题组三名硕士研究生获得河北省百篇优秀硕士论文奖，三名博士生获得国家级奖学金，一名博士生获天津市大学生创新特等奖学金、校十佳大学生，多名研究生获得省级三好学生和科研之星等荣誉称号。

1. 2023年 第九届河北省互联网+大学生创新创业大赛铜奖

2. 2021年 河北省首届大学生化学实验创新设计竞赛特等奖

3. 2020年 “挑战杯”河北省大学生创业计划竞赛一等奖

4. 2019年 河北省优秀硕士论文

5. 2019年 河北省第八届创新创业大赛二等奖

6. 2017年 河北省优秀硕士论文

7. 2017年 “挑战杯”全国大学生课外科技学术作品竞赛三等奖“基于仿生的超双疏雨伞与自喷灌”

8. 2017年 “挑战杯”河北省大学生课外科技学术作品竞赛特等奖

9. 2017年 "互联网+"大学生创新创业大赛决赛铜奖

10. 2017年 河北省“创新创业大赛”年会项目展示一等奖

11. 2017年 大学生创新创业训练计划项目省级教改项目，“基于仿生超疏水'淋不湿'雨伞”

12. 2017年 校级重点教改项目“项目引入、竞赛激励、科教结合”的多种理论与实践一体化创新教育改革探索，主持

13. 2015年 “挑战杯”2015年全国大学生课外科技学术作品竞赛三等奖“超双疏涂料的制备与应用”

14. 2015年 “挑战杯”2015年河北省大学生课外科技学术作品竞赛特等奖

15. 2015年 “挑战杯”2015年河北省大学生课外科技学术作品竞赛优秀指导教师

16. 2014年 河北省第二届教育科学研究优秀成果奖三等奖（02092）“以培养创新能力为目标，推进材料化学专业的改革与建设”

17. 2013年 河北省优秀硕士论文指导教师

近三年发表科学研究论文（其中中科院一区论文18篇）：

1. Hongdi Pang, Guohui Li, Liqing Cheng, Chuan He, Xiaomei Wang*, Xu Zhang*, 3D flower-like CuO@PEG composite phase change materials with photo response for applications in energy conversion and storage, Journal of Energy Storage, 2024, Accepted. IF9.4, JCR2, TOP.

2. Xiaoyue Qin, Lingbo Kong, Di Mu, Minghui Liu, Dong Liu, Jiwei Zhao, Xiaomei Wang*, Xu Zhang*, The robust fluoride-free superhydrophobic thermal energy storage coating for efficient energy storage and thermal management, Journal of Materials Science, 2024, Accepted. IF4.5, JCR3

3. Qiguo Hao, Xu Zhang*, Shuang Liu, Hongjun Peng, Pengyu Zhang, Shengyang Yu, Zhiyi Mao, Preparation of GO-SiO2 three-dimensional point-plane nanomaterials and enhancement of epoxy resin mechanical property, Polymer Composites, 2023, 1-12. IF5.2, JCR2.

4. Xinxin Sun, Zhiyuan Wang, Haohui Zhang, Kaize Si , Xiaomei Wang*, Xu Zhang*, Honeycomb-like 3D ordered macroporous SiOx/C nanoarchitectures with carbon coating for high-performance lithium storage, Journal of Colloid And Interface Science, 2023, 651, 394-403. IF 9.965, JCR1, TOP.

5. Hao Han, Yingchun Guo, Xiaomei Wang,* Xu Zhang,* In-situ gas foaming synthesis of N, S-rich co-doped hierarchically ordered porous carbon as an efficient oxygen reduction reaction catalyst, Journal of Colloid and Interface Science, 2023, 646, 167-175. IF 9.965, JCR1, TOP.

6. Hualu Dong, Shizhao Wang, Shuohan Niu, Xiangyu Sha, Zhiyong Ji, Xiaomei Wang*, Xu Zhang*, Preparation and application of porous functional polymers for boron removal in seawater desalination by a mild and free-organic solvents process, Desalination, 2023, 560, 116658. IF 11.211, JCR1, TOP.

7. Hongyan Nie, Panyu Yan, Xiaomei Wang,* Xu Zhang,* Integration of Carbon Microcapsules with Beef Omasum Like Shells by Interconnected Macropores for Removal of Phenol from Aqueous Solution, Chemical Engineering Journal, 2023, 465, 142877. IF 16.744, JCR1, TOP.

8. Yingchun Guo, Xinxin Wang, Lei Feng, Feng Liu, Jinsheng Liang,* Xiaomei Wang*, Xu Zhang*, Large-Scale and Solvent-Free Synthesis of Magnetic Bamboo-Like Nitrogen-Doped Carbon Nanotubes with Nickel Active Sites for Photothermal-Driven CO2 Fixation, Green Chemistry, 2023, 25, 3585-3591. IF 11.034, JCR1, TOP.

9. Xian Qi, Yaxian Du, Ziqiang Zhang, Xu Zhang*, Amphiphilic Bowl-Shaped Janus Particles Prepared via Thiol–ene Click Reaction for Effective Oil–Water Separation, Nanomaterials, 2023, 13, 455. IF 5.719.

10. Xinxin Wang, Yueming Hou, Xiaomei Wang*, Yingchun Guo*, Xu Zhang*, Integration of Au Nanoparticles and Metal-Organic Frameworks in Hollow Double-Shelled Nanoreactor for Efficient Tandem Catalysis, Applied Surface Science, 2023, 608, 155123. IF 7.392, JCR1, TOP.

11. Zhiyuan Wang, Haohui Zhang, Xinyu Zhang, Xiaomei Wang*, and Xu Zhang*, Solvent-Free and Large-Scale Synthesis of SiOx/C Nanocomposite with Carbon Encapsulation for High-Performance Lithium-Ion Battery Anodes, Composites Part B: Engineering, 2022, 247, 110308. IF11.322, JCR1, TOP.

12. Yingchun Guo, Weijia Chen, Lei Feng, Yanchen Fan, Jinsheng Liang*, Xiaomei Wang*, Xu Zhang*, Greenery-inspired nanoengineering of bamboolike hierarchical porous nanotubes with spatially organized bifunctionalities for synergistic photothermal catalytic CO2 fixation, Journal of Materials Chemistry A, 2022, 10, 12418. IF14.511, TOP, JCR1.

13. Yongli Cheng, Xiaomei Wang, Lei Feng*, Xu Zhang*, Hierarchically Ordered Porous Solid Acid: Preparation and Applicationas a Biodiesel Catalyst, ChemistrySelect, 2022, 7(15), e20220051. IF2.307

14. Hao Han, Xiaomei Wang*, Xu Zhang*, A hierarchically ordered porous Fe, N, S tri-doped carbon electrocatalyst with densely accessible Fe-Nx active sites and uniform sulfur-doping for efficient oxygen reduction reaction, Journal of Colloid and Interface Science, 2022, 615, 617-626. IF9.965, JCR1, TOP.

15. Lingbo Kong, Yajing Li, Xiangfei Kong, ZhiYong Ji, Xiaomei Wang,* Xu Zhang.* A novel flexible and fluoride-free superhydrophobic thermal energy storage coating for photothermal energy conversion, Composites Part B: Engineering, 2022, 232(1), 109588. IF11.322, JCR1, TOP.

16. Wenchang Sun, Yueming Hou, Xu Zhang*, Bi-Functional Paraffin@Polyaniline/TiO2/PCN-222(Fe) Microcapsules for Solar Thermal Energy Storage and CO2 Photoreduction, Nanomaterials, 2021, 12, 2. IF 5.719, JCR2.

17. Yueming Hou, Xiaomei Wang,* Yingchun Guo*, Xu Zhang*. Double-shell microcapsules with spatially arranged Au nanoparticles and single Zn atoms for tandem synthesis of cyclic carbonates, Nanoscale, 2021, 13, 18695-18701. IF 7.790, JCR2, TOP.

18. Liqing Cheng, Lingbo Kong, Xu Zhang*, Xiangfei Kong*, Form-stable phase change nanocapsules with photo and electric dual responses for multipurpose applications in energy storage and conversion, Solar Energy Materials and Solar Cells, 2022, 235, 111461. IF 7.305, JCR2.

19. Yingchun Guo, Feng Liu, Lei Feng, Xiaomei Wang,* Xu Zhang,* Jinsheng Liang,* Single Co Atoms Anchored on Nitrogen-Doped Hierarchically Ordered Porous Carbon for Selective Hydrogenation of Quinolines and Efficient Oxygen Reduction, Chemical Engineering Journal, 2022, 429, 132150. IF16.744, JCR1, TOP.

20. Zhiyuan Wang, Lingbo Kong, Zewen Guo, Xinyu Zhang, Xiaomei Wang*, Xu Zhang*, Bamboo-like SiOx/C Nanotubes with Carbon Coating as a Durable and High-performance Anode for Lithium-ion Battery, Chemical Engineering Journal, 2022, 428, 131060. IF16.744, JCR1, TOP.

21. Lingbo Kong, Zhiyuan Wang, Xiangfei Kong, Lu Wang, Zhiyong Ji, Xiaomei Wang*, Xu Zhang*, Large-Scale Fabrication of Form-Stable Phase Change Nanotube Composite for Photothermal/Electrothermal Energy Conversion and Storage, ACS Applied Materials & Interfaces, 2021, 13(25), 29965–29974. IF9.229, JCR1, TOP.

22. Xiaoli Liu, Youcai Gu, Tengfei Mi, Yuehua Zhao, Xiaomei Wang*, Xu Zhang*, Preparation of Superhydrophobic Fabric Based on the SiO2@PDFMA Nanocomposites by an Emulsion Graft Polymerization and a Hot-Pressing Process, ChemistrySelect, 2021, 6(22), 5646-5654. ISSN2365-6549，IF2.109

23. Jing Chen, Yingchun Guo, Tengteng Kang, Xingchi Liu, Xiaomei Wang, Xu Zhang*, In Situ Growth of ZIF-8 Nanocrystals on the Pore Walls of 3D Ordered Macroporous TiO2 for a One-Pot Cascade Reaction, Catalysts, 2021, 11, 533. IF3.520, JCR3.

24. Xiaoli Liu, Youcai Gu, Tengfei Mi, XiaomeiWang, Xu Zhang*, Dip-Coating Approach to Fabricate Durable PDMS/STA/SiO2 Superhydrophobic Polyester Fabrics, Coatings, 2021, 11, 326. IF2.40, JCR3.

25. Hao Han, Xiaomei Wang, Xu Zhang*, A hierarchically ordered porous nitrogen-doped carbon catalyst with densely accessible Co-Nx active sites for efficient oxygen reduction reaction, Microporous and Mesoporous Materials, 2021, 317, 111002. IF5.455, JCR1.

26. Lingbo Kong, Xiangfei Kong, Zhiyong Ji, Xiaomei Wang*, Xu Zhang*, Large-Scale Fabrication of Robust Superhydrophobic Thermal Energy-Storage Sprayable Coating Based on Polymer Nanotube, ACS Applied Materials & Interfaces, 2020, 12(44), 49694–49704. IF9.229, TOP, JCR1.

27. Wenchang Sun, Xiaomei Wang, Xu Zhang*, Xiangfei Kong*, Design and Synthesis of Microencapsulated Phase-Change Materials with a Poly(divinylbenzene)/Dioxide Titanium Hybrid Shell for Energy Storage and Formaldehyde Photodegradation, Journal of Physical Chemistry C, 2020, 124(38), 20806-20815. TOP, IF4.189, JCR2

28. Yingchun Guo, Lei Feng, Changcheng Wu, Xiaomei Wang*, Xu Zhang*, Confined pyrolysis transformation of ZIF-8 to hierarchically ordered porous Zn-N-C nanoreactor for efficient CO2 photoconversion under mild conditions, Journal of Catalysis, 2020, 390, 213-223.TOP, IF7.888, JCR1.

29. Zhiyuan Wang, Nan Yang, Li Ren, Xiaomei Wang*, Xu Zhang*. Core-shell structured SiOx@C with controllable mesopores as anode materials for lithium-ion batteries, Microporous and Mesoporous Materials, 2020, 307, 110480. TOP, JCR1, IF4.551.

30. Manxiang Zhao, Mingkun Li, Lu Wang, Xu Zhang*, Xiangfei Kong*. Preparation and Characterization of Paraffin@CLPS/MS Phase Change Microcapsules for Thermal Energy Storage, ChemistrySelect, 2020, 5, 7190-7196.

31. Panyu Yan, Xinchao Zhang, Xiaomei Wang*, Xu Zhang*. Controllable Preparation of Monodisperse Mesoporous Silica from Microspheres to Microcapsules and Catalytic Loading of Au Nanoparticles, Langmuir, 2020, 36, 5271−5279. IF3.683, JCR2, TOP

32. Wenchang Sun, Xu Zhang, Yueming Hou, Yanji Wang, Xiaomei Wang*, Wei Xue*. Polystyrene-Based Hierarchically Macro-Mesoporous Solid Acid: A Robust and Highly Efficient Catalyst for Indirect Hydration of Cyclohexene to Cyclohexanol by One-Pot Method under Mild Conditions, Industrial & Engineering Chemistry Research, 2020, 59(14), 6435-6444. IF3.375, TOP

33. Yanhong Wang, Xiuli Wang, Cuihong Wu, Xiaomei Wang*, Xu Zhang*. Removing Cd(II) from aqueous solution by inverse opal hybrid SiO2, NANO, 2020, 15(4), 2050047.

34. Yiming Zhao, Yingchun Guo, Xiaomei Wang*, Xu Zhang*. An integrated and robust yolk-shell nanoreactor based on wrinkly silica microspheres loaded with Au nanoparticles and nested in a silica inverse opal, Journal of Materials Science, 2020, 55(5), 2006-2017. IF3.442, TOP, JCR2

35. Kong Lingbo, Guo Yingchun, Wang Xiaomei*, Zhang Xu*. Double-walled Hierarchical Porous Silica Nanotubes Loaded Au nanoparticles in the Interlayer as a High-Performance Catalyst, Nanotechnology, 2020, 31, 015701. IF3.399, TOP, JCR2

36. Manxiang Zhao, Xu Zhang*, Xiangfei Kong*, Preparation and characterization of a novel composite phase change material with double phase change points based on nanocapsules, Renewable Energy, 2020,147, 374-383. IF: 6.19, TOP, JCR1

 团队联系方式

张旭13902066004 xuzhang@hebut.edu.cn

王小梅18622925363 xmwang@hebut.edu.cn

 招生专业：

硕士：070300化学（学硕）、085602化学工程（专业硕士）

博士：081700 化学工程与技术