场效应晶体管（Field Effect Transistor, FET）是芯片与集成电路的基本单元，由金属电极、半导体电荷传输层和绝缘电介质层三部分组成。近年来，电气设备和电子产品小型化、轻量化、智能化的发展趋势对FET等基础电学元器件提出了向高性能、微型化、高频化和柔性化发展的需求。进入21世纪后，随着多种具有共轭π键体系聚合物和小分子的合成，有机半导体材料的优良电荷传输特性已被较为充分地发掘，分子结构创新的匮乏导致半导体材料电荷传输性能难有跨越式的提升。基于这种现状，西安交通大学鲁广昊教授课题组将研究重点转向绝缘电介质层，通过充分挖掘绝缘介质带电特性形成可控的栅极补偿电场，实现FET半导体层电荷传输的调控并提高器件性能。近日，前沿院鲁广昊教授课题组与电气学院李盛涛教授课题组、理学院张志成教授课题组、中科院长春应用化学研究所崔冬梅研究员课题组开展合作，通过自由基聚合合成了一种新型绝缘聚合物分子：无规4-氟代聚苯乙烯（Poly(4-fluorostyrene)，FPS）。该聚合物具有较高的深电荷陷阱密度、高击穿场强、高热稳定性和疏水性，可实现高度稳定的驻极体。以FPS薄膜作为栅极介电层，并以C12-BTBT作为半导体层制备的有机场效应晶体管具有高达11.2 cm2·V-1·s-1的场效应迁移率，高达107的开/关比和较小的阈值电压。与广泛使用的聚苯乙烯相比，FPS的电子和空穴陷阱密度及陷阱能级均有所上升，带来6.8×1012cm-2的高带电量。利用FPS制备的OFET存储器件可在大于100 V的宽存储窗口下工作，并具有在空气环境中大于一个月的存储稳定性。 该研究成果以“Soluble Poly(4-fluorostyrene): a High-performance Dielectric Electret for Organic Transistors and Memories”为题发表在国际材料领域权威期刊Materials Horizons上（影响因子：14.356）。该文第一作者为西安交大前沿院助理教授朱远惟博士，通信作者为前沿院鲁广昊教授、电气学院李盛涛教授和中科院长春应化所刘波副研究员。该工作得到了国家自然科学基金、陕西省自然科学基础研究计划、国家博士后基金、电力设备电气绝缘国家重点实验室中青年基金及校基本科研业务费的资助。论文链接为：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/mh/d0mh00203h/unauth#!divAbstract课题组网站：http://gr.xjtu.edu.cn/web/guanghaolu/home

本发明公开了一种海洋防污涂料用有机硅季铵盐改性聚氨酯树脂的制备方法，该方法首先由1,3-双[3-(1-甲氧基-2-羟基丙氧基)丙基]-四甲基二硅氧烷、γ-氯丙基甲基二甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、去离子水和十二烷基二甲基叔胺制备双羟基封端有机硅季铵盐，然后将制备的双羟基封端有机硅季铵盐、聚醚多元醇与二异氰酸酯在溶剂中混合并加入固化剂制备海洋防污涂料用有机硅季铵盐改性聚氨酯树脂；本发明制备的有机硅季铵盐改性聚氨酯树脂结合了低表面能与毒杀的双重效果，用作海洋防污涂料成膜物质，不仅可以抑制海洋生物的吸附，还能通过季铵盐杀死吸附在船体表面的细菌。

本项目包括三大核心技术：1、强制冷凝 VOCs 废气处理设备，创造性地将强制换热技术改造后应用于 VOCs 强制冷凝处理工艺中，针对高浓度有机废气，回收经冷凝的 VOCs 物质，同时回收废气中的温度生产热水。设备内表面均采用实验室自行研发的特殊拒油涂层处理，以防止有机物质对冷凝器的污染，提高冷凝装置稳定运行效率并降低设备维护成本。  2、开发的光催化氧化剂和附着技术克服纳米光催化剂易团聚、易流失的弊端，开发出新型快速的光催化剂负载技术，能够大大推进光催化剂在废水、废气中的实际应用，负载材料廉价易得，加工方便，寿命长，具有巨大的比表面积，能够在吸附VOCs物质的同时，直接发生光催化反应，将VOCs物质完全矿化。 3、开发的高效苯吸收液及分层技术采用特殊吸收液配方制备能够分层的高效苯吸收液，能够有效地吸收废气中的苯、甲苯、二甲苯等有毒有害物质，净化VOCs废气。吸收的VOCs物质能够静置分层，从而能够更快速地富集，方便下一步的回收分离，吸收液可以重复使用。 三大技术可以互相结合为工艺组合，在高浓度有机废气的净化与有价值物质的回收、油烟净化、企业VOCs治理等方面具有广阔地应用前景。已成功解决了河北省三家企业的VOCs处理与排放问题。 项目特色：自2005年企业进行VOCs产生全过程分析，积累了大量第一手资料， 2013年于宏兵承担了环保部大气污染治理应急项目VOCs污染控制欲核算方法研究项目，对工业企业VOCs排放特征、排放量核算技术方法和VOCs处理技术绩效进行评估，建立了天津的VOCs污染控制体系。在VOCs污染前端预防、后端治理技术研究中积累了丰富的经验。南开大学清洁生产研究中心以南开大学科研平台为依托，自身拥有XRD、同步热重分析仪、便携式气相色谱仪、液相色谱仪等大中型仪器共计25台，价值合计300余万元，拥有非常雄厚的技术力量支撑科研工作。 市场应用前景：VOCs治理工况复杂、技术路线众多也决定了这一行业的 发展特点：市场分散，需求多样化，企业要想把规模做大很困难。正因为市场分散，VOCs治理行业要垄断也不容易，市场完全开放，各家企业凭借自身的技术、策略来获得竞争优势，这个市场在未来几年将以30%的速度增长。VOCs 污染治理正在起步，有望撬动近700亿产值。目前，国内VOCs 污染平均治理成本约500-600万元，按每座工业园5家企业参与治理，省均150 个工业园区，全国20个省保守估算，市场空间将达到625~750亿元。未来，随国内VOCs 排放标准有望提高，VOCs治理投资有望进一步增加。投资估计：投资500万元， 经济和社会效益：利润率20-30%，经济效益显著，污染物减排效果显著。

新能源汽车的迅猛发展，为动力电池产业提供了万亿级的市场容量，到 2020 年底，城市公交、出租车及城市配送等领域新能源车保有量达 60 万辆。目前使 用的石墨类伏击材料容量低，无法满足高能量密度的需求。该项目通过为动力电 池厂商提供高性能硅碳负极及其他负极材料，以提高纯电动汽车的续航里程 2 倍以上。硅负极材料具有极高的理论容量(~4200 mAh/g)，其容量是现有商业化 的石墨负极的 10 多倍。但其充放电过程中产生的大体积膨胀(~400%)会严重影响 其循环寿命。我们团队经过数年研究，提出“清矽硅碳”使普通微米硅粉进行包 覆“均匀+可控”功能层的工艺过程实现“性能+成本”的最优产业升级。美国能 源部高度评价了该项研究成果（2015 年仅有 2 项研究成果受此殊荣）。

针对水和甲醇液相制氢反应的特点，采用 铂-碳化钼双功能催化剂 （其中铂以原子水平分散于立方相碳化钼纳米颗粒表面），在 低温下（150~190 ℃）无需强碱即可实现对水和甲醇的高效活化和催化重整 。在190 °C时，催化速率高达18,046 mol H2 /(mol Pt *h)，活性较传统铂基催化剂提升了两个数量级。首先比较了立方相碳化钼（α-MoC）和六方相碳化钼（β-Mo 2 C）在载体碳化钼中的不同比例对负载金属铂的结构和甲醇水液相重整制氢活性的影响。实验发现随着载体中立方相结构α-MoC比例的增长，甲醇重整活性急剧增加，Pt负载于纯α-MoC上（Pt/α-MoC）表现出了最高的甲醇重整活性。利用X-射线吸收精细结构谱和单原子分辨率的球差校正电镜对催化剂进行系统研究表征，证明在2 wt% Pt/α-MoC催化剂上存在着高密度原子级分散的铂。将Pt负载量降至0.2 wt%时，可实现所有负载金属铂呈原子级分散，极大提高了贵金属铂的原子利用率，TOF达到了18,046  mol H2 /(mol Pt *h) 。据估算，仅需含有6克金属铂的催化剂即可使产氢速率达到1 kg H2 /h，已基本达到商用车载燃料电池组的需求。而且，Pt/α-MoC具有较高的催化稳定性，经历了11次模拟类真实情况的“启动-停止-启动”循环反应仍维持原子级分散形貌和较高的催化活性。

全固态锂电池的活性物质负载通常较低（<1 mg cm-2），该值远小于目前商用锂离子电池钴酸锂正极的 12 mg cm-2 和石墨负极的 6 mg cm-2。物质学院刘巍课题组在高性能全固态锂电池的固体聚合物电解质方面取得重要进展。他们突破传统制备方法，利用立体光固化成型（SLA）3D 打印技术，以聚乙二醇二丙烯酸酯为聚合物基体原料，3D 打印出一种具有三维表面结构的聚合物固态电解质。由于构建出 3D 电解质-电极界面，使界面处的比表面积增大了 95%，显著优化了电极与聚合物固态电解质之间的界面接触，大大降低了界面阻抗，并且能将正极活性物质负载提高到 5 mg cm-2 这一较高的水平，以此提升全固态锂电池的性能。SLA3D 打印技术为高性能的全固态锂电池提供了新的研究途径，有希望应用于下一代的能量存储领域。

近年来，环境污染问题严重，石油等不可再生资源日趋匮乏，探求汽车新的动力源已经成为世界汽车领域研究和发展的热点，燃料电池汽车作为一种新型节能汽车备受关注。质子交换膜燃料电池作为第四代燃料电池技术，不但突破卡诺循环限制，能量转换效率高，而且排放污染少，对环境极其友好。部分汽车企业已经开始进行小规模的 PEMFC 汽车试运行和小批量投产，加快了其商用进程。 燃料电池装置作为燃料电池汽车的动力装置，是整个装配体中最重要的部件，如何对质子交换膜燃料电池（PEMFC）进行有效

01. 成果简介 质子交换膜燃料电池具有高比功率、可快速启动、无腐蚀性、反应温度低、氧化剂需求低等优势，是当前燃料电池汽车的首选，然而，针对目前质子交换膜燃料电池系统设计和控制，还存在以下问题： 1. 在考虑零下低温条件下电堆快速暖机的前提下，实现最优增湿效果，是燃料电池系统设计的一个挑战； 2. 由阳极与阴极两侧压差波动造成的燃料电池质子交换膜机械损坏、以及由燃料电池的高电位造成的燃料电池多孔碳纸化学腐蚀，是限制燃料电池寿命的重要因素； 3. 当燃料电池汽车进入隧道或者地下车库等封闭空间时，由于阳极吹扫而被排出的氢气会在该密闭空间上方聚集，产生安全隐患； 本成果提供一种能够实现阳极再循环和阴极排气再循环的燃料电池系统设计，以及相应的气体压力随动控制、气体湿度多模式控制和输出电压钳位控制，可精确控制进入电堆的氢气/空气压力、总流量、温度、湿度和氧含量等参数，具体如下： 1. 燃料电池系统对进气湿度要求较高，只有在最优增湿条件下，才能实现最高输出效率，为了实现对进气湿度的控制，目前主要由外部增湿和自增湿两种系统，前者低湿环境条件下电堆增湿效果较好；后者取消了外部增湿器，加快了零下低温条件下电堆暖机过程。本成果采用阳极+阴极双循环系统，在小负荷工况下，增大阴极循环程度，充分运用阴极生成水对燃料电池进气进行加湿；在中高负荷下降低阴极循环程度，而增高阳极循环程度，避免由于进气流量过大引起的阴极循环泵功率消耗过高的问题。兼顾低湿环境条件下提高电堆增湿效果与零下低温条件下电堆暖机过程，提高电堆效率； 2. 首先，进入燃料电池电堆的气体流量与气体压力存在一定耦合关系，导致阳极与阴极两侧气体压力将随着燃料电池发电系统的输出功率变化而变化，由此引起的阳极与阴极两侧压差波动会对燃料电池内部的质子交换膜产生机械损坏，本成果采用阳极+阴极压力快速随动控制，从而降低由压力波动造成的机械损坏；此外，在怠速或小负荷时，燃料电池的高电位会对燃料电池内部的多孔碳纸造成化学腐蚀，为此，在怠速或小负荷时，本成果通过增大阳极循环程度，降低燃料电池电位，实现对电压的钳位控制，从而降低由高电位引起的化学腐蚀；综上所述，本成果通过阳极+阴极压力快速随动控制和电压钳位控制，延长电堆寿命； 3. 由于氮气和水的浓差扩散作用，燃料电池阳极侧都会出现氮气累积和液态水水淹现象，引起燃料电池性能下降，因此需要定期对阳极侧进行吹扫，将累积的液态水、氮气与未反应的氢气一起排出。本成果在阳极出口处增加了燃料电池小面积单片，用于处理尾排氢气，从而实现燃料电池系统氢气零排放，保障燃料电池系统的运行安全。 燃料电池双循环系统02. 应用前景 本成果可应用于质子交换膜燃料电池领域。03. 知识产权 本成果涉及9项发明专利。04. 团队介绍 项目团队主要研究方向新能源汽车动力系统，团队成员包括欧阳明高、李建秋、杨福源、王贺武、卢兰光、李希浩、徐梁飞、杜玖玉、韩雪冰、冯旭宁等，课题负责人为李建秋，获得国家技术发明二等奖两项，北京市科学技术一等奖一项、中国汽车工业技术发明一等奖一项，论文发表200余篇。项目团队深度参与了中国新能源汽车的战略规划、科技研发、国际合作、示范考核和产业化推进的全过程，培育出多家学生创业型高科技企业，为中国新能源汽车跻身世界先进行列作出了重要贡献。05. 合作方式 技术许可。06．联系方式 邮箱： zhangyan2017@tsinghua.edu.cn

设计合成了C/ a-MoC /Ag三组元复合电催化剂，巧妙利用高度石墨化多孔碳矩阵的高导电性、a-MoC的稳定性、Ag纳米团簇的单分散性和优越氧吸附特点，C、a-MoC和Ag之间相互作用产生有效协同效应，使得C/ a-MoC/Ag复合催化剂具有可以与贵金属铂媲美的电化学氧还原性能。通过旋转圆盘电极测试了C/ a-MoC/Ag新型复合催化剂在碱性条件下的氧还原电催化性能（如图1），C/α-MoC/Ag的半波电势迁移到电势更正的位置（−0.145 V ），这表明氧分子还原性能由于C/α-MoC和Ag之间的协同作用得到了很大的提升。尽管Pt/C电极产生了更正的半波电势（-0.125V），但是C/α-MoC/Ag复合催化剂在-0.8V的质量传递限制电流密度相比Pt/C来说增长的斜率更大。更重要的是Ag在C/MoC/Ag中的含量仅为百分之6.7，相对于20%Pt/C来说极具有商业应用价值。为了进一步阐明C/α-MoC/Ag的协同效应，他们利用DFT理论研究了氧气分子在a-MoC(001)负载Ag纳米颗粒的吸附行为（图2），结果表明，相对于纯的a-MoC(001)面比较来说，少量Ag负载后，整个基地表面上氧气分子的活化能均大大降低(>0.28eV)，充分说明了复合催化剂C/α-MoC/Ag三成分之间的有效协同效应。此研究为设计新一代价廉高效空气电池用电催化材料提供了新思路。

相关成果在英国皇家化学学会期刊《Green Chemistry》发表题为“A novel method for screening deep eutectic solvent to recycle the cathode of Li-ion batteries”的底封面文章。随着锂离子电池在移动电子、储能、运输等领域需求的快速持续增长，锂离子电池在 3-6 年内会逐步退役并产生大量的固体废弃物，但落后的废旧锂离子电池回收模式造成了严重的资源浪费。团队基于电化学原理提出了一种新型快速、简单、准确筛选低共熔溶剂（DES）还原能力的方法。经筛选后发现了一种具有较强还原能力的 DES，该结果与密度泛函理论 Fukui 函数计算结果一致。采用该 DES 可大幅降低反应温度和缩短反应时间。经研究发现：1. DES 选择性提取有价金属过程与传统湿法过程不同，主要受电子扩散和溶剂扩散控制。DES 提取过程的反应表观活化能远高于酸法和氨法回收方法，解释了在 DES 提取过程通常需要较高温度。2. 钴离子在负载 DES 中主要以六配位的八面体结构 Co(urea)2Cl2 存在。3. 负载 DES，经“稀释-沉淀-煅烧”简单工艺可得到立方尖晶石型四氧化三钴。 环境学院博士后研究员王树宾博士为第一作者，张作泰教授为通讯作者，材料系卢周广教授及工学院院长徐政和院士为合著作者。该工作得到国家自然科学基金、深圳科学技术创新委员会、广东省高校珠江学者岗位计划等项目的支持。