纳米能源材料
课程编码：1802120805J1P3004H
英文名称：Nano Energy Nanomaterials
课时：40
学分：2.00
课程属性：专业课
主讲教师：韩宝航等
教学目的要求
本课程为纳米学院、材料科学与光电技术学院、化学化工学院各专业硕士生和博士生的核心课程，主要授课对象是纳米科学和材料科学专业的学生。能源成为当前世界各国密切关注的重要问题，纳米材料和纳米技术为解决能源问题，提供了新的技术手段和发展机遇。本课程是一门综合性很强的专业课程，涵盖多种纳米材料的制备、组装、功能化和应用。在课程的教学过程中，纳米效应将是贯穿始终的主线，学生应从纳米尺度基本的物理、化学和力学效应，理解不同类型纳米材料的功能特性和应用领域。该课程的目的是让学生了解能源领域中的纳米技术及其相关的基础知识、问题和前沿进展，为培养相关专业的创新型人才奠定基础。
预修课程
《物理化学》；《无机化学》；《有机化学》；《材料化学》(课程涵盖复合专业背景知识，修过部分相关本科课程即可)
大纲内容
第一章 纳米能源材料的分类与概述
第1节 纳米能源材料分类 1学时 韩宝航
第2节 纳米能源材料结构-功能关系 1学时 韩宝航
第3节 纳米能源多样性及相关材料 1学时 韩宝航
第二章 太阳能电池材料
第1节 有机太阳能电池概况 1学时 吕琨
第2节 有机太阳能电池的器件结构和基本工作原理 1学时 吕琨
第3节 有机太阳能电池的材料体系和基本合成方法 1学时 吕琨
第三章 太阳能电池材料
第1节 富勒烯体系电池 1学时 吕琨
第2节 非富勒烯体系电池 1学时 吕琨
第3节 三元体系电池 1学时 吕琨
第四章 太阳能电池材料
第1节 大面积印刷有机太阳能电池 1学时 吕琨
第2节 有机太阳能电池的发展趋势 1学时 吕琨
第3节 文献汇报与讨论 1学时 吕琨
第五章 染料敏化电池和钙钛矿太阳能电池
第1节 染料敏化太阳能电池概况 1学时 吕琨
第2节 染料敏化电池的器件结构和工作原理 1学时 吕琨
第3节 钙钛矿太阳能电池概况 1学时 吕琨
第六章 染料敏化电池和钙钛矿太阳能电池
第1节 钙钛矿太阳能电池的器件结构和工作原理 1学时 吕琨
第2节 钙钛矿太阳能电池的研究现状和发展趋势 1学时 吕琨
第3节 文献汇报与讨论 1学时 吕琨
第七章 氢能利用(制氢、储氢、用氢)
第1节 氢能源简介 1学时 韩宝航
第2节 电化学制氢 1学时 韩宝航
第3节 光化学制氢 1学时 韩宝航
第八章 氢能利用(制氢、储氢、用氢)
第1节 光化学制氢 1学时 韩宝航
第2节 物理储氢 1学时 韩宝航
第3节 文献汇报与讨论 1学时 韩宝航
第九章 氢能利用(制氢、储氢、用氢)
第1节 化学储氢 1学时 韩宝航
第2节 燃料电池 1学时 韩宝航
第3节 文献汇报与讨论 1学时 韩宝航
第十章 电化学纳米储能材料与器件(电池)
第1节 锂离子电池简介、现状及研究进展 1学时 韩宝航
第2节 锂离子电池简介、现状及研究进展 1学时 韩宝航
第3节 文献汇报与讨论 1学时 韩宝航
第十一章 电化学纳米储能材料与器件(电池)
第1节 锂-硫电池简介、现状及研究进展 1学时 韩宝航
第2节 锂-硫电池简介、现状及研究进展 1学时 韩宝航
第3节 文献汇报与讨论 1学时 韩宝航
第十二章 电化学纳米储能材料与器件(电池)
第1节 锂-空电池、锂-二氧化碳电池等进展 1学时 韩宝航
第2节 其它离子电池简介及进展 1学时 韩宝航
第3节 文献汇报与讨论 1学时 韩宝航
第十三章 电化学纳米储能材料与器件(超级电容器)
第1节 超级电容器简介及研究现状 1学时 韩宝航
第2节 超级电容器材料研究进展 1学时 韩宝航
第3节 锂离子电容器 1学时 韩宝航
第十四章 期末考试
第1节 期末考试 1学时 韩宝航
第2节 期末考试 1学时 韩宝航
第3节 期末考试 1学时 韩宝航
参考书
1、
有机纳米与分子器件
刘云圻等
2010年5月
科学出版社
2、
Nanotechnology for the Energy Challenge
Prof. Javier García-Martínez
2013年6月
Wiley‐VCH
3、
Hydrogen Energy：Challenges and Prospects
David A. Rand , R. M. Dell
2008年3月
Royal Society of Chemistry Cambridge
4、
Energy Storage and Conversion Materials
Stephen Skinner
2019年11月
Royal Society of Chemistry Cambridge
课程教师信息
韩宝航：国家纳米科学中心研究员，博士生导师。南开大学学士、硕士、博士学位(1999)。之后分别在德国马普胶体与界面研究所、加拿大渥太华大学和多伦多大学从事博士后研究。2005年加入国家纳米科学中心，从事纳米功能多孔材料方面的研究。具体研究方向包括：1) 有机多孔材料的设计制备及其在能源、环境、催化方面的应用；2) 石墨烯基多孔材料和基于生物质的纳米多孔(碳)材料的制备及其在电化学储能及催化方面的应用。目前已在Nature Commun., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., ACS Catal., ACS Appl. Mater. Interfaces, ACS Nano, Environ. Sci. Technol., Macromolecules, Chem. Mater., J. Mater. Chem., Polym. Chem., Small, Adv. Funct. Mater., Chem.-Eur. J., J. Hazard. Mater., Carbon等学术刊物上发表SCI论文240余篇，论文引用13000余次。
在教学方面，数年来参与承担了中丹学院(28学时)、纳米学院(18学时)、材料学院(15学时)的三门课程。其中2018年和2019年中丹学院岗位教师考核为优秀。
吕琨，国家纳米科学中心研究员，优青
2004年于山东大学获得学士学位，2010年于中国科学院化学研究所获得博士学位，之后进入国家纳米科学中心。主要研究工作集中于有机光伏材料的合成、结晶性控制和光伏器件研究。已在Nat. Commun., J. Am. Chem. Soc., Adv. Mater.，Adv. Energy Mater.等国际学术期刊上发表论文90余篇；他引3000余次。2016年获中国化学会青年化学奖；2017年入选北京市科技新星计划；2018年获得国家优秀青年基金资助；2019年入选中国科学院青年创新促进会优秀会员，目前担任中国化学快报青年编委等职。