為落實《國務院辦公廳關于進一步支持大學生創新創業的指導意見》,在雙創學院和材料學院的支持下,來自于材料學院高分子材料工程系本科生付義涵在高分子輔助法制備有色金屬材料領域取得進展。相關成果以“Vanadium Nitride Quantum Dots@Carbon Skeleton Anode Material viaIn-SituOxidation Initiation Strategy”為題發表在材料領域期刊《Tungsten》(影響因子6.6)上;基于納米有色金屬材料的先進制備方法,尤其是高分子與有色金屬學科交叉上的一些思考,為《Journal of Energy Storage》(影響因子9.4,中科院二區)撰寫評述性文章“Recent Advances of Fabricating Vanadium Nitride Nanocompositions for High-performance Anode Materials of Supercapacitors”。上述成果的第一作者均為本科生付義涵。

1801年,西班牙化學家德里奧發現了釩鉛礦,很快瑞典化學家塞夫斯特瑞姆從該礦石中提取了釩元素。由于這種元素的化合物是五顏六色的,所以用北歐神話里的一位女神:凡娜迪絲來命名它,翻譯成中文就是“釩”。釩元素在地球上的儲量非常豐富,有85%用于釩鋼。釩元素有四種化合價:+2,+3,+4,+5,而且它特別容易在其中相互切換;價態的切換其實質是電子的轉移,可用作電池等儲能材料。眾所周知,電極材料的儲能能力與活性物質價態、化學與物理結構、表面性質、比表面積與孔道結構等參數息息相關,這對材料的制備提出了非常高的要求。近日,材料學院師生提出采用高分子原位聚合法調控制備具有優異特性的有色金屬化合物——氮化釩。具體是通過原位氧化引發策略合成了氮化釩量子點均勻嵌入無定形碳骨架結構的復合材料,釩離子螯合于多巴胺單體的含氧官能團,從而引發聚合,形成釩螯合于聚多巴胺的雜化材料。經過高溫程序熱處理,氮化釩以量子點的形式(約4~6 nm)均勻嵌入無定形碳骨架中。由此制得的交聯碳骨架形成了分級多孔的結構,為電解質離子提供了更多的傳輸通道,能夠快速與負極材料接觸。該策略還可應用于其他金屬化合物量子點的合成,在催化、環保等領域具有巨大的應用前景。

得益于較高的理論容量、電子電導率和較寬的電壓范圍,賦予了氮化釩極大的儲能應用前景,但是氮化釩實際的電化學性能表現與理論水平相差甚遠。上述評述提出設計納米尺度的氮化釩材料來改善其電化學性能;從納米氮化釩的理化性質和電化學性能出發,從納米結構和改性策略的角度綜述近年來純納米氮化釩和氮化釩基納米復合材料在超級電容器中的應用研究進展;提出納米氮化釩基儲能材料的構建和改性策略;總結納米氮化釩材料在超級電容器中的特點和面臨的挑戰。為納米有色金屬化合物的改性和性能優化提供了更多的選擇。
材料學院高分子材料工程專業成立于2001年,經過二十多年的發展已經發展為國家一流專業,通過國際工程認證,是蘭州理工大學紅柳一流專業,建設有先進高分子材料博士點。高分子專業十分重視本科生的培養,創新性的提出:在大學生中鼓勵科研創新訓練,讓科研反哺教學。該措施在培養學生方面取得了非常好的效果,2016屆高分子材料工程專業本科生劉暢發表了以本科生為第一作者的SCI收錄論文;2017屆高分子材料與工程專業本科生王艷琴和姜明歡發表了第一篇以本科生為第一作者的中科院一區論文。付義涵同學發表了2篇高水平學術論文,獲得了國家獎學金,獲得國家級創新創業大賽二等獎;據悉,該生已經被北京航空航天大學錄取攻讀材料科學與工程專業碩士學位。(撰稿:張龍,終審:徐仰濤)