简介:能源问题:基本方面、范围、时间框架、挑战理论方面:电化学(还原/氧化、离子电导率、固体电解质界面)、能带图(PN 结、LED、二极管)、材料热行为(热导率、多孔材料、微电子)材料技术方面:电池和氢燃料电池(电极材料、表面改性、存储……)。光伏(材料、结构、串联、抗反射涂层……)、材料热行为(发射率、窗户涂层……)。低功耗计算和功率转换。(LED)照明效率。
这是一门面向对化学、材料科学、物理和工程感兴趣的高年级本科生和研究生的讲座式课程(3 个学分)。它将侧重于基本结构性能关系,涵盖用于重要工业应用的各种材料,例如太阳能电池、电池、量子计算机、用于空间和航空航天应用的材料、用于建筑和海洋应用的材料。学生将学习允许设计和合成具有特定性能的材料的结构因素,反之亦然。一些研究的化合物家族包括:半导体材料、多孔材料、热电材料、热致变色材料、压电材料、聚合物、陶瓷和金属合金。教科书
请简单介绍一下您的研究背景,以及您是如何对多孔材料和 COF 的化学产生兴趣的。我在加州大学洛杉矶分校的 Fraser Stoddart 小组接受了超分子化学家的培训,当时我使用共价键和非共价键来组织电子供体和受体。我的博士后研究是使用点击化学在 Barry Sharpless 的小组中制造超强粘合聚合物。该小组以开创非常传统的有机化学而闻名。后来,该小组对有机反应有了不同的认识,他们使用非常简单但高效的化学方法来制造有用的材料。我认为这是一个非常重要的观点。我从研究生院开始就对有机电子学产生了浓厚的兴趣,搬到伯克利实验室后开始从事该领域的工作。我对 COF 和多孔材料产生了兴趣,因为我觉得这是一个网状平台,可以通过选择适当的构建块和化学方法来操纵电荷载体。我做了很多线性共轭聚合物方面的工作。 COF 是一种有序的高维聚合物系统,具有非常明确的结构控制。特别是 2D COF 让人联想到其他 2D 材料,如石墨烯和过渡金属二硫属化物,其中结构各向异性起着根本作用。这就是我感兴趣并进入该领域的原因。该领域建立在动态共价化学概念之上,这也是我对 COF 感兴趣的另一个原因,因为动态共价化学代表了超分子化学的前沿,也是我的爱好之一。
Jeff Gostick 是滑铁卢大学化学工程系副教授,负责多孔材料工程与分析实验室。他的研究主要围绕理解氢燃料电池、氧化还原流系统、锌空气电池、锂离子电池和超级电容器中使用的多孔电极的结构-性能关系。他的团队使用组合实验表征、新颖的生产方法和先进的定制计算工具。他是开源孔隙网络建模项目 OpenPNM (openpnm.org) 以及多孔介质图像分析工具 PoreSpy (porespy.org) 的首席开发人员。Gostick 教授是一名持证专业工程师,已发表 70 多篇期刊文章,最近被加拿大化学工程学会评为新兴领袖。
化学通常研究物质的组成和性质,以及物质在不影响其组成元素的情况下能够经历的转变。几个世纪以来,这项研究仅集中于单个分子,在某种程度上还集中于简单的线性聚合物(一维)。然而,最近主要利用了通过网状化学在更高阶维度(二维和三维)中获得控制的能力。[1] 从这个意义上讲,多孔材料在分离、能量转换、存储、光电子和催化等各种过程中变得极为重要。[2–8] 其中,沸石被认为是社会发展的主要贡献者,因为它们易于获得、价格低廉、通过模板效应易于进行结构设计,并且在材料和材料领域应用广泛。
《材料》(ISSN 1996-1944)于 2008 年创刊。该期刊涵盖 25 个综合主题:生物材料、能源材料、先进复合材料、先进材料特性、多孔材料、制造工艺和系统、先进纳米材料和纳米技术、智能材料、薄膜和界面、催化材料、碳材料、材料化学、材料物理、光学和光子学、腐蚀、建筑和建筑材料、材料模拟和设计、电子材料、先进和功能性陶瓷和玻璃、金属和合金、软物质、聚合物材料、量子材料、材料力学、绿色材料、通用材料。《材料》为投稿高质量文章和利用其庞大的读者群提供了独特的机会。
《材料》(ISSN 1996-1944)于 2008 年创刊。该期刊涵盖 25 个综合主题:生物材料、能源材料、先进复合材料、先进材料特性、多孔材料、制造工艺和系统、先进纳米材料和纳米技术、智能材料、薄膜和界面、催化材料、碳材料、材料化学、材料物理、光学和光子学、腐蚀、建筑和建筑材料、材料模拟和设计、电子材料、先进和功能性陶瓷和玻璃、金属和合金、软物质、聚合物材料、量子材料、材料力学、绿色材料、通用材料。《材料》为投稿高质量文章和利用其庞大的读者群提供了独特的机会。
他曾参与过由CSIR/SERB/钢铁部/NMDC/工业部等资助的项目。目前的研究活动包括设计用于去除有毒污染物的新型高性能吸附材料、用于气体捕获和储存的有机多孔材料、用于将二氧化碳转化为燃料和化学品的过渡金属催化剂、开发用于计算与实验研究人员相关的热力学参数的有效代码、使用DFT和基于AI的设计进行高容量电池材料的设计和优化、使用新型金属有机配合物、2D材料混合结构和金属表面将二氧化碳电化学还原为燃料和化学品以及用于高效矿物浮选过程的浮选药剂设计。