原标题：材物学院戚继球——2021年中国矿业大学优秀研究生导师候选人（十八）
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| 讲述 矿大研究生自己的故事 |
8年前，戚继球加入中国矿业大学这个大家庭，此后工作上勤勤恳恳，虚心向老教师学习。在自身思想政治素质和业务水平方面，戚老师积极参加政治学习和业务学习，以教书育人为己任，积极参加各项教研活动和课程改革培训，认真完成各级教改项目，认真上好本专业的基础理论课和选修课。作为一个教师，戚继球老师能够做到作风正派，廉洁从教，为人师表，并保持坚定的事业心和高度的责任感。
截止目前，戚继球老师共计指导了19名研究生的科研工作，在指导过程中，既严格要求自己，又严格要求学生，一路来与研究生共同成长。经过多年的努力，指导学生发表了很多高质量学术论文、获得多次国家级奖学金和校级奖学金，部分科研工作获得国家自然科学基金项目资助。
科研方向与成果
8年来戚继球主要开展了两个方向的科研工作，分别是金属基复合材料和超级电容器电极材料。在金属基复合材料方面，研究了铝基和钛基复合材料，取得的创新成果是开发出三步热处理工艺，即材料先在高温相区进行球化处理，去除增强相尖锐的棱角；随后直接将材料的温度降低到低温相区，利用基体相的大固溶度，将增强相部分固溶到基体中，以实现降低增强相尺度的目的；接着再将材料的温度以极快的速度提高到高温相区，利用高温相区基体相低固溶度的特点，将前一道工序固溶的增强相以小颗粒的形式析出来，该工艺同时调控组织中的基体和增强相。该工作的开发背景是钛基复合材料的室温塑性比较差，材料难以实现工程化应用，三步热处理后材料的塑性可提高到6%以上。该工作对推动钛基复合材料的工程化应用将具有重要的科学意义。在铝-石墨烯复合材料制备方面，采用石墨烯与纳米铝粉电磁搅拌混粉，取代了传统的球磨混粉工艺，石墨烯的添加量降低到0.02%之后也能获得极其优异的性能，相比于纯铝，铝-石墨烯复合材料的导电性能从61% icas提高到68% icas。
结合矿大能源特色，戚继球老师开辟了超级电容器电极材料的研究方向，研究了石墨烯，氧化物，硫化物等电极材料，制作了超级电容器器件。结合之前的工作基础，戚继球老师开辟了自己的特色方向—金属能源方向，将传统结构材料的研究成果拓展应用于氧化物、硫化物基超级电容器电极材料。目前，已经将氧化技术应用到钛合金上，在钛合金表面构建一层纳米结构氧化层，该电极材料无需导电剂和粘结剂，具有良好的机械稳定性和一体性。以上工作取得以下成绩：
1. 主持国家自然基金青年基金和面上项目3项、江苏省科技支撑项目1项、西工大凝固技术国家重点实验室开放基金项目1项，徐州市重点研发计划（校内部分）1项以及若干企业委托项目。
2. 近五年在journal of power sources，nanoscale等期刊上发表sci文章近140篇，有两篇sci论文为esi高被引论文。
研究生的科研工作
8年来戚继球老师共计指导了19名研究生的科研工作，研究生开展的课题主要是关于超级电容器电极材料制备与表征，目前已经有10人毕业了，2017年毕业生常远和陈霄的毕业论文被评为校优，2018年毕业生蒋利洋的毕业论文被评为校优，3人获得过国家奖学金。在校9位学生中有2人已经获得国家奖学金。
在超级电容器电极材料的研究方向，戚继球老师指导研究生开发了镍网表面牢固包裹石墨烯的物理沉积和热还原两步简单工艺，随后将多种形貌的硫化物生长到石墨烯表面。具体而言，首先制备了三维石墨烯基底（nf@rgo），然后利用液相沉淀法在石墨烯基底表面负载了ni3s2纳米颗粒。通过调整工艺参数，可以实现ni3s2颗粒在石墨烯基底上的可控合成，充分发挥两种材料的最大潜能，以达到最合理的成分配比和最优异的性能。该复合材料在1 a·g-1下的比电容可以达到1140.7 f·g-1。随后，将复合硫化物（ni3s2和co9s8）负载到石墨烯基底上，制备了nf@rgo/ni3s2/co9s8复合材料。相比于nf@rgo/ni3s2，后者表现出了更高的比电容和更加优异的倍率性能，这归因于石墨烯和金属硫化物之间有益的协同效应。同时，nf@rgo/ni3s2/co9s8//n-g非对称超级电容器展现出了优异的性能，0.5 a·g-1的电流密度下，其能量密度高达49.6 wh·kg-1，功率密度为424.8 w·kg-1。
戚继球老师指导研究生利用脱合金工艺成功基于cu-zr-ni-be非晶合金设计出纳米针状cu(oh)2/npc复合材料，发现通过控制脱合金工艺（温度和时间）在0.05 m hf和0.5 m h2so4混合酸中成功制备出孔径和韧带尺寸可调的三维双连续npc，实验条件下的最优参数为：温度为75℃，时间为8 h，当温度过高或时间过长时，npc薄带均会发生一定程度的粗化导致孔径变小。由于ni和be元素的添加，使得npc的机械性能得到很大的提升，可在其表面通过阳极氧化法激发cu2+离子和电解液中的oh-离子发生反应原位生长针状cu(oh)2纳米线，其生长过程分为氧化、自组装、生长和再生长四个过程，由基底npc层、cu(oh)2纳米束层和cu(oh)2纳米花层组成的三维多级孔结构并存的cu(oh)2/npc复合材料具有大的比表面积，无需粘结剂和导电剂可直接作为工作材料使用，表现出典型的法拉第赝电容特性，3 ma cm-2下的面积比电容高达784 mf cm-2，12 ma cm-2下5000圈循环后比电容仍保持初始值的96%以上。
在碳材料方面，戚继球老师指导研究生做了大量的工作，得到很有意思的结果。以尿素为造孔剂和氮源，硝酸钠为熔融盐模板，海藻酸钠为碳前体，开发了一种简易的冷冻干燥辅助碳化法合成分层多孔氮掺杂类石墨烯碳纳米片lpncs。本研究开发的冻干炭化方法具有原料丰富、廉价，造孔和掺氮两种功能可以一步实现等优点。得益于大的比表面积（2022 m·g-1）的和高杂原子掺杂(n:5.6 wt %)，lpnc-700电极表现出高的比电容（207 f·g-1@0.1 a·g-1）, 并具有杰出的循环寿命。同样lpnc-700的储钾能力十分优异（275 ma h·g-1@0.05 a·g-1），在1 a·g-1下经过1000次循环后仍有94.5%的容量保持，通过动力学分析和第一性原理计算深入的探讨了lpnc-700的k离子存储机制。组装好的双碳级pic拥有78.75 wh·kg-1的超高能量密度和16.20 kw·kg-1的出色功率密度，并且够成功地为小led灯和手表提供能量，本实验论证了熔融盐诱导冷冻干燥辅助碳化法制备的碳材料可作为钾离子混合电容器电极材料的可行性。
以廉价的cmc-na、(nh4)2hpo4和nano3为原料，在冷冻条件下通过改进的生物激发矿化，制备了有机-无机杂化气凝胶前驱体，通过炭化和去除无机物质，得到了由大量相互连接的网状多孔碳骨架。由于多级多孔结构、高比表面积和n-p双惨杂的协同作用，制备的npmcs材料同时具有优良的超电容性能和k+存储性能。当npmc-700作为双电层电容的电极材料，在0.1 a·g-1下拥有高达318 f·g-1的比电容，在10 a·g-1充放电10000次后，仍保持97.4%电容；当作为钾半电池阳极，在0.05 a·g-1下lpnc-700的可逆容量为275 ma h·g-1。循环稳定性达到76.3%（1 a·g-1 500次循环）。通过动力力学分析和dft计算表明，扩大的层间距和足够的活性位点可以加速k+的插入/提取。将制备好的pic拥有81.6 wh·kg-1的超高能量密度和12.60 kw·kg-1的出色功率密度，装置能够成功地为小led灯和手表提供能量。
实验室平台的搭建工作
为了配合特色学科发展的需要，戚继球老师参与搭建超级电容器电极材料合成与测试实验室，目前该实验室已经开展多个方向的研究工作，主要有石墨烯的制备及改性处理、双金属氧化物的结构调控、多种复合材料电极的设计以及超级电容器器件的设计。戚继球老师指导的19名研究生均在此实验室做实验，开展关于氧化物、硫化物、石墨烯等方面的工作。进入该实验室做实验的研究生超过50人，本科生超过100人，已经发表的sci英文论文超过120篇。
8年来，戚继球老师一直奋斗在科研一线，他注重研究生学术水平的提升，更注重研究生科研习惯的培养，工作中细致、严谨的学生更容易发现科研亮点；研究生们取得的丰硕的科研成果为戚继球老师很多科研项目的成功申报立下汗马功劳，在此过程中实现了教师与学生的共同成长。
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编辑 | 孙浩怀
来源 | 中国矿业大学研究生院
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